Histoire du xénon

Les chimistes britanniques William Ramsay et Morris William Travers isolent cet élément le 12 juillet 1898, peu de temps après leur découverte du krypton et du néon. Ces scientifiques trouvent notamment le xénon dans un résidu issu de l’évaporation sélective des différents éléments composant l’air liquide.

Ramsay baptise alors le gaz « xénon », du grec « ξένον » ou « xénôn » issu de « ξένος » ou « xénos » qui veut dire « étranger ». Toujours selon Ramsay en 1902, l’atmosphère terrestre contient une partie pour 20 millions de xénon.

Dans les années trente, l’ingénieur Harold Edgerton commence à s’intéresser à la lumière stroboscopique pour l’appliquer à la photographie à grande vitesse. L’étude aboutit à l’invention d’un stroboscope au xénon. Une brève décharge de courant produit de la lumière à l’intérieur d’un tube rempli de xénon. En 1934, l’ingénieur génère donc des flashs durant une microseconde.

En 1939, Albert R. Behnke Jr analyse les causes de l’ivresse des profondeurs chez les plongeurs en eaux profondes. Ces derniers sont notamment amenés à respirer un air plus dense avec une pression relativement plus haute que l’air ambiant. Il teste l’effet de changement de composition dans les bouteilles. Il constate alors que l’organisme humain réagit différemment aux diverses compositions chimiques du gaz inspiré à haute pression. Il conclut que le xénon pourrait servir d’anesthésiant.

Le Russe Lazharev étudie alors l’utilisation du xénon en anesthésie en 1941. En revanche, les premiers travaux publiés sur l’effet du gaz datent de 1946. Ils relatent des expériences de J. H. Lawrence sur des souris. Stuart C. Cullen se sert du xénon pour anesthésier deux patients pour la première fois en 1951.

En 1960, le physicien John H. Reynolds découvre un taux singulièrement élevé de l’isotope 129 du xénon dans certaines météorites. Il émet l’hypothèse selon laquelle la désintégration de l’iode 129 est le phénomène qui entraîne cette abondance. L’isotope provient ainsi de réactions de spallation lentes dues aux rayons cosmiques dans le milieu interstellaire, ainsi que de réactions de fission nucléaire. Cependant, seule l’explosion de supernovas le produit en quantité importante.

La demi-vie du ¹²⁹I est plutôt courte à l’échelle cosmologique, elle est seulement de 16 millions d’années. Cela indique que peu de temps s’est écoulé entre la supernova et le moment où la météorite s’est solidifiée en piégeant l’iode 129. On suppose que ces deux événements ont eu lieu durant les premiers temps de l’histoire du système solaire. L’iode 129 a pu être généré probablement peu de temps avant la formation du système stellaire.

Pendant longtemps, il a été considéré que le xénon et les autres gaz nobles étaient entièrement inertes chimiquement. Par ailleurs, on a cru qu’ils n’entraient pas en jeu dans la formation de composés chimiques.

Neil Bartlett, enseignant à l’Université de la Colombie-Britannique, découvre alors que l’hexafluorure de platine (PtF₆) constitue un agent oxydant très puissant. Celui-ci est capable d’oxyder le dioxygène (O₂) et de former l’hexafluoroplatinate de dioxygényle (O₂⁺[PtF₆]^–). Les énergies de première ionisation du dioxygène et du xénon sont, par ailleurs, très similaires. Bartlett réalise que l’hexafluorure de platine pourrait aussi oxyder le xénon. Le 23 mars 1962, il mélange ces deux gaz et obtient le premier composé chimique contenant un gaz noble. Il s’agit de l’hexafluoroplatinate de xénon.

Le scientifique formula d’abord la composition du produit comme Xe⁺(PtF₆)^–. Plus tard, d’autres recherches établirent  qu’il avait probablement fabriqué un mélange de plusieurs sels de xénon. Depuis, les chercheurs ont découvert plusieurs autres composés contenant des gaz nobles (radon, krypton et argon). L’on cite entre autres l’hydrofluorure d’argon, le difluorure de krypton ou le fluorure de radon.

Production industrielle du xénon

Industriellement, cet élément est un sous-produit de la séparation de l’air en oxygène et en azote. Cette séparation est réalisée par distillation fractionnée avec une double colonne. On obtient ainsi de l’oxygène liquide avec une petite quantité de xénon et de krypton. La solution peut être enrichi jusqu’à obtenir une concentration de 0,1 à 0,2 % grâce à des étapes supplémentaires de distillation fractionnée. Il s’agit d’un mélange de gaz nobles que l’on extrait par adsorption sur un gel de silice ou par distillation. On sépare ensuite ce mélange en krypton et en xénon par distillation.

Il faut une énergie de 220 Wh pour prélever 1 l de xénon de l’atmosphère. En 1998, le xénon mondialement produit était de 5 000 à 7 000 m³. En raison de sa faible concentration dans l’air, il est bien plus cher que les autres gaz nobles plus légers.

Propriétés du xénon

Le noyau de l’atome de xénon compte 54 protons. Dans les conditions normales de température et de pression, cet élément est un gaz d’une masse volumique de 5,761 kg/m³. À l’état liquide, il présente une masse volumique allant jusqu’à 3,100 kg/m³.  La masse volumique maximale s’atteint au point triple. Dans les mêmes conditions, la masse volumique du xénon à l’état solide est de 3,640 g/cm³.

Sous une pression de plusieurs gigapascals, le xénon présente un aspect métallique.

En tant que gaz noble, la couche de valence du xénon est entièrement pleine. Il est donc inerte, c’est-à-dire qu’il n’entre dans quasiment aucune réaction chimique.

Néanmoins, il est possible de l’oxyder avec des oxydants très puissants. Par ailleurs, une multitude de composés de cet élément peuvent être synthétisés.

Une fois placé dans un tube et excité par des décharges électriques, le xénon, émet une lumière bleue ou lavande. Ses raies d’émission remplissent le domaine visible. Cependant, les plus intenses se trouvent dans le bleu. Cela explique la couleur de la lumière.

Il est possible de produire du xénon liquide ou solide à température ambiante par implantation d’ions Xe⁺ dans une matrice solide. Plusieurs solides disposent d’un réseau constamment plus petit comparé au xénon solide. Le xénon implanté subit donc une compression à des pressions suffisantes pour sa liquéfaction ou sa solidification.

Isotopes du xénon

Le xénon dispose de sept isotopes stables ou quasiment stables. L’étain est l’élément avec le plus grand nombre d’isotopes stables (10). Celui-ci et le xénon sont également les deux seuls à en posséder plus de sept.

En théorie, les isotopes ¹²⁴Xe et ¹³⁴Xe devraient subir une double désintégration β, mais cette dernière n’a jamais pu être constatée. Il a été possible d’observer cette double désintégration avec une émission de deux antineutrinos (ββ2ν) avec l’isotope ¹³⁶Xe durant l’expérience EXO-200. Cette dernière a pu mesurer une demi-vie de 2,11 × 1021 années, soit plus de cent milliards de fois l’âge de l’Univers. On a également pu constater une désintégration par double capture électronique de l’isotope ¹²⁴Xe par l’expérience XENON. La demi-vie mesurée a été de 1,8 × 1022 ans.

En outre, le xénon présente plus de 40 isotopes instables et isomères nucléaires. L’un d’entre eux possède des enjeux particuliers dans le pilotage de certains réacteurs nucléaires (notamment les REP). Parmi les réacteurs concernés, le ¹³⁵Xe est produit comme fils du ¹³⁵I (dégradation en quelques heures). Le xénon 135 se dégrade donc rapidement en absorbant des neutrons de la fission. En temps normal, il y a équilibre entre la production et la dégradation. Lorsque la puissance du réacteur baisse, la production de neutrons diminue. Ceux-ci ne suffisent plus à la dégradation du ¹³⁵Xe produit par la fission des heures précédentes et qui s’accumule. L’énorme section efficace d’absorption thermique du ¹³⁵Xe, de l’ordre de 3 millions de barns, amplifie la baisse de puissance nucléaire. Dans ce cas, on parle d’« empoisonnement au xénon » du réacteur.

Le xénon peut pénétrer d’autres matériaux tels que le nitrure de titane. Ce dernier est un des éléments utilisés comme matrice inerte pour entourer le combustible dans les réacteurs (type Réacteur avancé au gaz). L’analyse, la modélisation et la maîtrise de l’empoisonnement d’un réacteur au xénon constituent un enjeu fondamental pour l’industrie nucléaire. Il en va de même pour les effets de cet empoisonnement sur la répartition des flux d’énergie et la puissance ainsi que la gestion des accidents graves.

Le cas Fukushima en mars 2011

Après le tremblement de terre, des lésions ont été détectées avant la première dépressurisation volontaire du premier réacteur. L’émission de xénon indiquait des dommages structurels probables dans la partie nucléaire des installations. Durant les jours qui ont suivi la catastrophe de Fukushima, le taux de ¹³³Xe dans l’air a remarquablement augmenté. Il a, par la suite, atteint un niveau record, au Japon et même en Amérique du Nord. Ce fait a été observé par des scientifiques américains étudiant la radioactivité de l’air dans le cadre du réseau de détection d’éventuels essais nucléaires. C’était le premier indice notable que le confinement du réacteur était compromis, et que le taux de criticité à l’intérieur de la piscine de désactivation était atteint.

Une équipe internationale a réalisé une modélisation inverse des émissions de xénon et de césium, publiée en mars 2012. Les calculs effectués se sont basés sur les quantités connues de combustibles dans la piscine concernée ainsi que dans les cœurs de réacteurs. Les données de ces relevés ont été croisées avec les données météorologiques.

Le nuage enrichi en xénon radioactif a atteint l’Amérique du Nord le 15 mars et l’Europe le 22 mars. Des relevés d’analyses de xénon ont été effectués dans plusieurs dizaines de stations en Amérique du Nord, au Japon et dans d’autres lieux. Un mois après la catastrophe (mi-avril), le ¹³³Xe était uniformément réparti dans les latitudes moyennes de l’hémisphère nord. Ce taux a également été mesuré pour la première fois dans l’hémisphère sud grâce à une station de Darwin en Australie.

La quantité de xénon radioactif relâchée dans l’air du 11 au 15 mars 2011 par la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi a ainsi été estimée. Cette modélisation et les mesures de terrain ont permis d’établir qu’elle a été de 15,3 EBq (avec une marge d’incertitude de 12,2-18,3 EBq) selon Stohl & al, ou 16,7 ± 1,9 Ebq, ou 14,2 ± 0,8 EBq. Cela concerne l’estimation moyenne. Cependant, selon une autre méthode de calcul, la quantité a pu atteindre 19,0 ± 3,4 EBq.

Cette quantité est deux fois supérieure au total des rejets de xénon lors de la catastrophe de Tchernobyl. Par ailleurs, les émissions de césium 137 des quatre réacteurs endommagés de Fukushima correspondent à seulement 43 % de celles estimées par le seul réacteur n° 4 de Tchernobyl. Cette catastrophe constitue donc le plus grand dégagement de gaz rare radioactif de toute l’Histoire.

La production du xénon émise s’explique par la désintégration du ¹³³I en ¹³³Xe dans les réacteurs en difficulté, puis en fusion, notamment dans la piscine du réacteur n° 4. Suite à l’aspersion de cette piscine, les émissions ont chuté considérablement.

La majeure partie du xénon émis s’est dirigée vers le Pacifique et les États-Unis. Non seulement le Japon a été touché par l’émission du xénon, mais aussi par la radioactivité du césium et de l’iode. Le pays du Soleil-Levant a fait l’objet en avril-mai 2011 d’une première évaluation rétrospective officielle. Le xénon radioactif a notamment contribué à une première exposition interne et externe des Japonais.

Le xénon et ses composés

En dépit de la stabilité de sa couche électronique, on peut préparer des composés du xénon, tous aux degrés d’oxydation II, IV, VI et VIII.

Découverte et théories

Depuis sa découverte en 1898, l’élément est connu pour son inactivité chimique. En 1933, Linus Pauling se propose d’isoler le KrF₆ et le XeF₆, mais sans succès. D.M. Yost et A.L. Lake ont également tenté l’expérience, mais sont arrivés au même résultat. Ils ont notamment soumis un mélange de difluor et de xénon à des décharges électriques.

Le xénon dispose donc d’une certaine réactivité en engageant de réelles liaisons covalentes. Il peut se trouver à l’intérieur de quelques dizaines de composés chimiques. Cela est possible grâce à la polarisabilité de son cortège électronique, elle est de 4,01 ų (= 4,01 × 10^-24 cm³).  Celle du krypton est de 2,46 (quelques composés covalents),  0,39 pour le néon, 0,62 pour l’argon et 0,201 pour l’hélium.

La polarisabilité exprime généralement la possibilité du cortège électronique à se déformer. Cette propriété est essentielle pour pouvoir entrer en combinaison avec d’autres atomes.

Fluorures, oxydes et oxyfluorures de xénon

En 1962, Neil Bartlett, synthétise la première molécule d’hexafluoroplatinate de xénon. Par la suite, d’autres composés ont été préparés, plus de 80 sont connus en 2007. Ceux-ci incluent le difluorure de xénon (XeF₂), le tétrafluorure de xénon (XeF₄) et l’hexafluorure de xénon (XeF₆). Le perxénate de sodium (Na₄XeO₆*⁸H₂O) un puissant oxydant. Le trioxyde (XeO₃) est explosif, le tétraoxyde de xénon (XeO₄) fait également partie des composés.

La majorité des composés du xénon contiennent du fluor et de l’oxygène : l’oxytétrafluorure de xénon XeOF4 ou le dioxydifluorure de xénon XeO2F2. Les autres atomes liés au xénon  font partie d’une molécule contenant de l’oxygène ou du fluor. Tel est le cas de l’hydrogène et du carbone.

La majorité des composés du xénon sont incolores ; il en existe quelques-uns qui sont colorés.

Liaison carbone-xénon

Parfois, les composés organoxénon contiennent du Xe (II) ou (IV). Dans une liaison carbone-xénon, les atomes de xénon font partie d’une molécule comportant du fluor ou de l’oxygène.

Composés ioniques du xénon

L’ionisation d’un composé du xénon se produit par arrachement ou par fixation d’un ion fluorure. Ainsi, il est possible de donner accès à une chimie ionique du xénon. Les ions connus sont :

• le XeF⁺, dérivant de XeF₂,
• l’ion linéaire FXeFXeF⁺, produit suite à la complexation d’un ion fluorure par deux ions XeF⁺,
• l’ion XeF³⁺,
• l’ion XeF⁵⁺ et XeF₈^2-.

Il s’agit des structures les plus simples pour le xénon. Le cation tétraxénon-or(II) AuXe⁴²⁺ se caractérise dans le complexe [AuXe⁴²⁺](Sb₂F^11-)₂.

Composés non fluorés

La synthèse de plusieurs molécules contenant du xénon a été réalisée à l’Université d’Helsinki en 1995 par un groupe de chercheurs. Il s’agissait, entre autres, des composés suivants :

• dihydrure de xénon (XeH₂),
• hydroxy-hydrure de xénon (HXeOH),
• hydroxénoacétylène (HXeCCH),
• HxeOXeH.

De même, des molécules deutérées ainsi que des molécules organiques contenant du xénon ont été synthétisées.

Clathrates de xénon

À part les composés précédemment cités, le xénon forme des clathrates dans lesquels des atomes de xénon sont piégés dans le réseau cristallin formé par un composé chimique. L’hydrate de xénon (Xe*^5,75H₂O) est formé par des atomes de xénon piégés dans le réseau cristallin composé de molécules d’eau et de son analogue deutéré Xe*^5,75D₂O.

Dans la nature, les clathrates se forment sous haute pression, par exemple sous les glaces de l’Antarctique, dans le lac Vostok. La formation de clathrates sert notamment à la préparation du krypton, de l’argon et du xénon grâce à la distillation fractionnée.

Les fullerènes peuvent aussi piéger l’atome de xénon en eux. La réactivité du fullerène est influencée par l’atome de xénon. Le déplacement chimique du xénon dépend grandement de son environnement. La résonnance magnétique nucléaire (RMN) du ¹²⁹Xe permet d’observer l’atome piégé ainsi que les réactions chimiques qui impliquent le fullerène.

Composés transitoires

Les atomes de xénon ne peuvent former de liaisons dans leur état d’énergie fondamental. Ils se repoussent les uns les autres. Grâce à un apport d’énergie, ils forment, de manière transitoire, un dimère dans un état excité dit « excimère ». Les atomes retrouvent l’état fondamental une fois que les électrons sont désexcités.

La formation du dimère est possible car les atomes de xénon cherchent à remplir leur couche électronique périphérique. Elle se produit de manière transitoire grâce à la « capture » de l’un des électrons de l’atome de xénon voisin. La durée de vie d’un excimère de xénon est de 1 à 5 nanosecondes. L’émission de photons de longueurs d’onde voisines de 150 et 173 nanomètres engendre la désexcitation.

Le troisième continuum est une émission plus problématique en raison de son origine. L’origine serait un ion moléculaire Xe²⁺. Le xénon peut aussi former avec d’autres éléments, dont le brome, le chlore et le fluor des composés binaires diatomiques de manière transitoire. Cela devient possible car le xénon excité possède une structure électronique identique à celle des métaux alcalins. Il peut donc réagir avec les halogènes. Par ailleurs, ces molécules servent dans le domaine des lasers.

Lasers

Un groupe de chercheurs des laboratoires Bell découvre un effet laser dans le xénon en 1962. Les scientifiques constatent ensuite qu’un ajout d’hélium au milieu actif augmente le gain d’amplification du laser.

Un dimère (Xe₂) excité par un faisceau d’électrons sert pour réaliser le premier laser à excimère. Ce dernier produisait une émission stimulée dans l’ultraviolet avec une longueur d’onde de 176 nm. Les lasers excimères ou à exciplexes recouraient au chlorure de xénon et au fluorure de xénon. La dermatologie trouve une application aux lasers à excimères de chlorure de xénon. Il est possible de générer une émission à 354 nm avec du XeF_4, 308 nm avec le XeCl, et 282 nm avec le XeBr. Le laser à fluorure de krypton, quant à lui, offre une émission dans le proche ultraviolet à 248 nm.

Le xénon en médecine

La médecine trouve des applications au xénon en anesthésie et en imagerie médicale.

Anesthésie

Le xénon est utilisé en anesthésie générale inhalatoire malgré son prix. En 2008, seuls les deux CHU de Nîmes et de Bordeaux étaient équipés dans toute la France. Plus tard, les CHU de Clermont-Ferrand et de Poitiers s’en sont servis pour essai.

Il ne faut toutefois pas utiliser le xénon pour anesthésier des patients fragiles sur le plan respiratoire. En effet, ses propriétés anesthétiques ne fonctionnent qu’à des concentrations élevées (supérieures à 60 %). Cela réduit l’apport en dioxygène à 40 %, ce qui est insuffisant pour ces personnes.

L’anesthésie au xénon ne compte pas beaucoup d’effets secondaires. En effet, les patients ne font pas de baisse de pression artérielle et le réveil ou le retour à la conscience est plus rapide. Seulement, le gaz reste coûteux. Voilà pourquoi son usage demeure limité.

L’effet du xénon en anesthésie s’explique par deux mécanismes Premièrement, l’inhibition de Ca²⁺ ATPase s’effectue dans la membrane plasmique synaptique. Cette protéine contribue à transporter le calcium. L’inhibition s’explique par un changement conformationnel lorsque le Xe s’associe à des sites non polaires dans la protéine. Deuxièmement, le mécanisme impliquerait des interactions non significatives entre la couche lipidique et l’anesthésiant.

Le xénon dispose par ailleurs d’une concentration alvéolaire minimale (MAC) estimée à 71 %. Son pouvoir anesthésiant est moitié plus fort que le protoxyde d’azote. Il convient notamment de s’en servir avec de l’oxygène afin d’éviter l’hypoxie. Le xénon est différent du protoxyde d’azote, car il ne s’agit pas d’un gaz à effet de serre. Il ne présente donc aucun danger pour l’environnement. En revanche, en raison de son coût élevé, ses applications nécessitent un système fermé afin de pouvoir le recycler et le réutiliser. Cette partie se fait par filtration et purification.

Le xénon dans l’imagerie médicale

L’imagerie médicale utilise deux techniques distinctes impliquant le xénon. Il s’agit de l’utilisation du xénon hyperpolarisé et celle du radioisotope 133.

Xénon radioactif ¹³³Xe

Le xénon sert principalement dans l’imagerie du cerveau, des poumons ou du cœur. La tomographie d’émission monophotonique produit l’émission gamma du radioisotope 133 du xénon. Ce dernier sert aussi à mesurer le flux de sang.

Xénon hyperpolarisé

Un moment angulaire non nul caractérise les noyaux de deux isotopes stables du xénon : ¹²⁹Xe et ¹³¹Xe. L’hyperpolarisation de ces noyaux se produit après un protocole complexe.

Les isotopes sont immergés dans des vapeurs d’éléments alcalins ou d’azote. Ces vapeurs d’alcalin sont produites par chauffage du rubidium métal à plus de 100 °C.

Puis, ils sont exposés à un flux laser polarisé de manière circulaire. La longueur d’onde du laser doit correspondre à une des raies d’absorption de l’alcalin.

Leurs spins nucléaires s’alignent alors dans un processus d’échange. Le flux laser polarise les électrons de valence de l’alcalin. Ces derniers transmettent leur polarisation aux noyaux de xénon grâce à un couplage magnétique hyperfin.

La polarisation des spins des noyaux de xénon peut être largement supérieure à la valeur d’équilibre estimée par une distribution de Boltzmann. Elle peut aller au-delà de 50 % de sa valeur maximale possible. On parle alors d’hyperpolarisation.

Le noyau du ¹²⁹Xe dispose d’un spin nucléaire de I = 1/2. À cet effet, il n’a pas de moment quadripolaire électrique. Lors de collisions avec d’autres atomes, il ne subit donc pas d’interaction quadripolaire. Cela permet de garder l’hyperpolarisation pendant un long moment. Cela s’applique même après coupure du laser et élimination des vapeurs de l’alcalin par condensation sur une surface à température ambiante.

Le « temps de relaxation T1 » est la durée nécessaire à la distribution de spins pour retourner à sa polarisation d’équilibre définie par la statistique de Boltzmann. Pour le ¹²⁹Xe, T1 varie de quelques secondes à quelques heures ou à quelques jours. Dans le premier cas, les atomes de xénon sont dissous dans du sang. Dans le second cas, il s’agit du xénon gazeux. Dans le dernier cas, le xénon est à l’état solide.

Grâce à l’hyperpolarisation du ¹²⁹Xe, sa détection par imagerie par résonance magnétique est notablement plus sensible. Cela permet aussi de réaliser des images de poumons, ce qui est en principe difficile par d’autres techniques et avec d’autres tissus. Les flux gazeux dans les poumons peuvent, par exemple, être visualisés grâce à cette technique.

En outre, des recherches ont été menées pour encager le xénon dans un environnement spécifique. Le but est de pouvoir observer sélectivement des parties du corps ou des cellules particulières. La cage pourrait être une émulsion lipidique destinée à des études neurologiques. Un encagement par cryptophane a été étudié pour servir de biorécepteur.

Contrairement au ¹²⁹Xe, le ¹³¹¹Xe dispose d’un spin nucléaire I = 3/2. Son moment quadripolaire est donc non nul. Le temps de relaxation varie de quelques millisecondes à quelques secondes.

Autres utilisations du xénon

Le xénon trouve des applications dans les domaines où une masse moléculaire élevée et un caractère inerte sont requis. Il se trouve dans les chambres à bulles et les détecteurs.

Pour détecter des Weakly Interacting Massive Particles ou WIMPs, le xénon liquide constitue un milieu propice. Lorsque ce type de particule entre en collision avec un atome de Xe, en principe, il lui arrache un électron et l’on peut observer une scintillation. Cette interaction est relativement facile à distinguer d’autres événements similaires que des particules telles que les rayons cosmiques engendrent. L’expérience XENON du laboratoire italien du Gran Sasso n’a cependant pas permis de confirmer l’existence d’une WIMP.

Toutefois, ces études contribuent à faire avancer la connaissance de la matière noire et d’autres modèles de physique. Le détecteur du Gran Sasso est, en effet, cinq fois plus sensible que n’importe quel autre instrument mis au point. Au cours de l’année 2008, l’appareil a fait l’objet d’une amélioration quant à sa sensibilité.

La propulsion ionique des engins spatiaux se réalise presque toujours avec du xénon. Cela s’explique par sa faible énergie d’ionisation par unité de masse atomique. Par ailleurs, il est possible de le stocker et le transporter sous forme liquide à des températures avoisinant la température ambiante mais sous haute pression. Il peut être facilement ramené à l’état gazeux pour alimenter le moteur.

En raison de son caractère inerte, le xénon est aussi moins corrosif et moins polluant pour les moteurs ioniques. Il est donc préféré au mercure et au césium. Le xénon a servi pour alimenter les moteurs ioniques des satellites dans les années soixante-dix. Il a aussi été utilisé en guise de propulseur pour « Smart 1 », le véhicule spatial européen. Puis, la sonde américaine « Dawn » a été pourvu de trois moteurs ioniques carburant au xénon.

Pour produire des microsystèmes électromécaniques ou MEMs, le silicium est attaqué par du  dioflorure de xénon (XeF₂). La réaction du difluorure de xénon avec l’uracile permet d’obtenir du fluorouracile, un médicament anticancéreux. Le xénon sert à résoudre la structure des protéines lors d’une diffraction. Cet élément se niche dans les cavités hydrophobes des protéines une fois exposée à une pression entre 0,5 et 5 MPa. La phase peut être retrouvée grâce à la dérivation aux atomes lourds.

Le xénon : précautions et mesures de sécurité

Le xénon non radioactif peut servir d’anesthésiant si le patient ne présente pas de fragilité respiratoire.

Le ¹³³Xe (radioactif) constitue un agent souvent utilisé par certains biologistes et médecins pour des études fonctionnelles du poumon. Il est également utilisé pour établir certains diagnostics. Dans les deux cas, il existe une certaine dose à respecter, prévue par le protocole.

Le xénon se dissout vite dans la majorité des caoutchoucs et des plastiques. Si la fermeture de son contenant est constituée de ces matières, le xénon s’échappera progressivement. Dans  les  conditions normales de pression et de température, il peut être stocké sans risque. Les containers doivent, toutefois, être en verre ou en métal scellés.

Le stockage du ¹³³Xe nécessite des précautions particulières car il est coûteux et radioactif. L’isotope est produit à partir d’uranium 235 lors de sa fission. Il est distribué dans des flacons de 2 ml avec 370 ou 740 mégabecquerels (10 ou 20 millicuries) de xénon.

Supposons qu’à l’étalonnage avant stockage ou expérience, le gaz préparé ne contienne pas plus de 0,3 % de ¹³³Xe. Il ne posséderait pas plus de 1,5 % de ¹³¹Xe et pas plus de 0,06 % de ⁸⁵Kr. La quantité de ¹³¹I, quant à elle, ne dépasserait pas 0,01 %. Pas moins de 99,9 % de la radioactivité du gaz provient du radioxénon. Ce dernier est connu pour se comporter dans l’organisme comme du xénon non radioactif. La composition va changer avec le temps. Ce phénomène est dû à la décroissance radioactive et aux éventuelles fuites après transvasement dans les contenants.

Même stockées fermées, les bouteilles « multi-injections » de ¹³³Xe des années soixante et soixante-dix perdaient 5 à 6 % de leur xénon chaque jour. Plus tard, la fuite a été réduite de 70 à 80 % grâce au froid.

Une seringue en plastique remplie d’une solution au xénon perd de 0,5 à 1 % de son contenu par heure. Cet élément, peu soluble dans les solutions salines, peut se délier d’une substance et s’infiltrer dans le joint de caoutchouc du piston de la seringue. Par conséquent, 0,5 ml de solution de xénon dans une seringue de 2,5 cm³ peut être réduite de la moitié de son xénon en 2 heures.

Le xénon radioactif peut être dangereux pour l’environnement. À cet effet, tout système de délivrance par inhalation du gaz ¹³³Xe doit être parfaitement étanche. Il s’agit par exemple de respirateur, ainsi que les accessoires, assemblages et tubes associés Une protection par un système d’aération et de filtration adéquat est nécessaire.

Le xénon à l’état pur n’est pas toxique. Toutefois, il peut atteindre le cerveau en franchissant la barrière hématoencéphalique. Par ailleurs, il se dissout aisément dans le sang. Selon la dose, il peut engendrer une anesthésie partielle ou totale. Au-delà d’une certaine quantité, il asphyxie. Les composés du xénon sont toxiques. En raison de leur pouvoir oxydant considérable, plusieurs d’entre eux sont aussi explosifs. Cela s’explique aussi par la tendance du xénon et du dioxygène à se séparer.