Né à Glasgow le 2 octobre 1852, Ramsay fit toutes ses études dans sa ville natale. A vingt ans, après avoir choisi la chimie - son grand-père puis son père dirigeaient une petite usine de produits chimiques fabriquant entre autres le bleu de Tumbull, mis au point par un associé -, il alla compléter à Tübingen, chez le célèbre Fittig, ses connaissances en chimie organique. A son retour, il est nommé assistant au collège Anderson, puis à l'Université de Glasgow. En 1880, il exerce comme professeur à Bristol, puis occupe à l'University College de Londres la chaire libérée par Williamson de 1887 à 1913, année où il cesse ses activités pour se retirer à High Wycombe.

Ramsay semble, au début de sa camère, s'intéresser à la chimie organique; mais très vite, en fait dès son retour à Glasgow, il se met à étudier des gaz et des vapeurs, construisant un appareillage destiné à la préparation et à la manipulation des fluides gazeux. Ses travaux se caractérisent par leur homogénéité, toutes ses expériences visant avec ténacité le même objectif.

Dès 1885, il étudie l'activité de divers catalyseurs dans les réactions gazeuses intervenant entre l'azote et l'oxygène d'une part, l'azote et l'hydrogène d'autre part. Ce sont ces travaux qui le rendent célèbre et lui valent le prix Nobel.

Avant de commencer ses recherches, Ramsay avait fait une étude bibliographique complète sur l'air et l'azote en particulier. Il avait en mémoire les expériences de Lavoisier (1777) montrant que "l'air de l'atmosphère est composé de deux fluides élastiques de nature différente et pour ainsi dire opposée"; et il connaissait aussi les recherches de Cavendish qui, en 1790, avait entrepris d'étudier l'effet des étincelles électriques produites dans un eudiomètre sur de l'air suroxygéné. Après avoir éliminé les oxydes d'azote ainsi formés et l'oxygène en excès, Cavendish avait remarqué la présence d'un "résidu gazeux non absorbable", représentant environ 1/125ème de l'air utilisé. C'était la première observation de l'existence en faible quantité de gaz dans l'air, mais on ne sut pas en reconnafîre la nature.

Jusqu'au XIXe siècle, on distingua donc deux sortes d'azote : celui que l'on appelait "chimique", obtenu par la décomposition du nitrite d'ammonium (NH4NO2 -> N2+ 2H2O), et celui que l'on disait "atmosphérique" ou "air sans oxygène". A Paris, en 1892, Leduc constata une légère différence de densité, de 1/200, entre ces deux gaz; Lord Rayleigh le remarqua aussi et fit part de ses observations à William Ramsay. Celui-ci, se remémorant le mémoire de Cavendish (dont il avait, en le lisant, annoté la marge ainsi : look into this), entreprit alors de répéter ces expériences et mit en évidence par action du magnésium chauffé à 500°C la présence dans l'azote "atmosphérique" d'un résidu non absorbable (en effet, alors que l'azote s'était en totalité transformé en nitrure Mg,N~, le résidu inerte représentant l'ensemble des gaz rares n'avait pas réagi), dont il restait à déterminer la composition.

Le spectre de ce résidu gazeux ne renfermait plus les raies caractéristiques de l'azote, mais était constitué d'une grande quantité de nouvelles raies très peu intenses. Il devait donc logiquement y avoir au moins un nouvel élément gazeux. Comment l'appeler ? Comme il était peu réactif, Ramsay proposa le nom argon qui, en grec, signifie "qui ne travaille pas". Le rapport sur ce travail fit sensation et suscita l'intérêt de nombreux chimistes.

Le chimiste-géologue Hillebrand essaya de trouver l'argon dans l'écorce terrestre. Il traita par action acide ou chauffage dans le vide de nombreux minéraux dont émanaient des gaz, mais la nature de ceux-ci était dans l'ensemble connue depuis longtemps. En revanche, la chance lui sourit lorsqu'il traita certains minerais de l'uranium, et en particulier la clévéite (uraninite contenant jusqu'à 10% de terres rares), puisqu'il récupéra quelques centimètres cubes d'un gaz qui présentait une grande inertie. Ne possédant pas de spectromètre suffisamment sensible, Hillebrand n'arriva pas à obtenir le véritable spectre du gaz isolé.

Ramsay, ayant eu connaissance des travaux d'Hillebrand, entreprit avec son assistant Travers de traiter tous les minerais du British Museum, tentant d'extraire les gaz occlus dans les roches.

Les gaz ainsi obtenus étaient des mélanges de corps chimiques actifs facilement éliminables, et d'un gaz sans réaction vis-à-vis du magnésium au rouge, mais dont le spectre obtenu avec le tube de Plücker n'était pas celui de l'argon! Consultant le catalogue des spectres, Ramsay remarqua que celui de ce gaz inerte correspondait à un spectre déjà, observé et décrit en 1868 par les astronomes Janssen et Lockyer, qui avaient fait tous deux cette année-là la même découverte, lancés qu'ils étaient dans les mêmes recherches sur l'étude spectrale des pntubérances solaires, mais indépendamment l'un de l'autre. Lockyer avait alors été assez audacieux pour annoncer qu'il s'agissait d'un nouvel élément gazeux inerte, inconnu sur terre, qu'il avait proposé d'appeler hélium (du grec hélios, "le soleil").

Une trentaine d'années plus tard (1895), Ramsay venait donc d'isoler l'hélium. Ce résultat fit d'autant plus sensation qu'il fut confirmé par les recherches effectuées par Langlet dans le laboratoire de Cleve en Suède. On montra qu'il s'agissait d'un gaz monoatomique de poids atomique 4, ayant une densité double de celle de l'hydrogène. Comparé à l'argon, de poids atomique 40, il apparut comme un gaz inerte différent, mais tous deux pouvaient appartenir au même groupe dans la classification de Mendéléiev. Or en 1896, cette classification n'était pas encore unanimement adoptée par les chimistes. Le grand mérite de Ramsay est d'avoir établi qu'il existait une nouvelle famille de gaz inertes qu'il plaça dans le groupe zéro de la classification des éléments, entre la famille des halogènes (valence -1) et celle des métaux alcalins (valence +1). On devait donc pouvoir gamir aussi toutes le cases du groupe zéro (valence nulle) en supposant l'existence de trois autres gaz inertes. L'expérience confirma ces prévisions : les travaux accomplis avec Travers aboutirent à la découverte du krypton, du néon et du xénon, grâce à l'utilisation de la machine de Linde, inventée en 1895, qui permettait la liquéfaction de l'air.

L'équipe de Ramsay s'essaya d'abord à fractionner l'air liquide. Après avoir séparé l'azote (à -196'C) d'une grande partie de l'argon (à -186'C) et de l'oxygène (à -183'C), le résidu représentait le dixième du volume initial de l'air liquide. Les diverses parties récupérées par distillation fractionnée furent soumises à l'analyse spectrale. On obtint ainsi une fraction dont la densité par rapport à l'hydrogène était de 22,5; il s'agissait d'un gaz inerte, monoatomique, de masse atomique voisine de 80. Cet élément, baptisé krypton (du grcc krypton, "caché"), fit l'objet d'une communication, le 3 juin 1898, à la Royal Society, devant laquelle dix jours plus tard, Ramsay exposa les résultats obtenus après avoir mené à bien la distillation de l'argon. Il avait en effet isolé un nouvel élément très léger, de spectre à dominante rouge, qu'il baptisa néon (du grec néon, "nouveau").

Enfin ce fut la distillation du krypton qui l'amena à découvrir un troisième gaz inerte, lourd, qu'il appela xénon (du grec xénos, "étranger").

Ainsi cinq éléments nouveaux (l'argon, l'hélium, le krypton, le néon et le xénon) constituaient la nouvelle famille du groupe zéro.

Ramsay et Travers poursuivirent leurs travaux dans l'intention d'obtenir des gaz inertes très purs et de préciser leurs propriétés physiques. Après la découverte de la radioactivité, et suite aux travaux des physiciens Rutherford, Soddy et Bohr, Dorn identifia, en 1900, le radon 222; dix ans plus tard, l'équipe Ramsay et Whytlaw-Gray isola ce gaz inerte, radioactif et peu stable puisque sa durée de vie est de 3S jours, et dont les deux isotopes ont une vie encore plus brève : 54 secondes pour le thoron, et 4 secondes pour l'actinon. Ces trois éléments ont été placés dans la case n' 86 du tableau de classement périodique.

A cette époque, Ramsay considérait la découverte de ces gaz rares comme n'ayant qu'un intérêt purement scientifique, et lorsqu'il reçut le prix Nobel à Stockholm, il expliqua qu'il ne lui semblait pas y avoir d'applications pratiques possibles pour les éléments qu'il venait d'isoler et de caractériser, à cause de leur inertie chimique. Pourtant l'utilité de ces découvertes dans l'industrie apparut peu à peu, bel exemple d'applications industrielles faites à partir de recherches fondamentales.

On a cherché, dans plusieurs laboratoires, à déterminer quelles sont dans l'air les proportions exactes de ces gaz rares; mais on n'a obtenu de résultats fiables que longtemps après leur découverte. Aujourd'hui, on admet que la composition moyenne de l'air en pourcentages volumiques est la suivante:

Azote 78,05
Oxygène 20,97
Argon 0,93270
Néon 0,0061
Hélium 0,00046
Krypton 0,00011
Xénon 0,00001
CO2 0,03
H2 0,01
CO (en ville) 0,0002

Outre l'air, les gisements de gaz naturels constituent une deuxième source de gaz rares.

Prenons pour exemple l'hélium : ce gaz, produit au cours de la réaction de désintégration de certains radioéléments dans la croûte terrestre, est le plus abondant sous forme de particules alpha. L'hélium ainsi formé traverse la lithosphère, passe dans l'atmosphère et s'accumule dans certaines poches de gaz naturels. Ses sources les plus connues, valorisant les gaz naturels, sont situées aux Etats-Unis, dans l'Etat du Texas, près d'Amarillo, ainsi qu'au Canada et en U.R.S.S.

Ce gaz, durant la Première Guerre mondiale, a été surtout utilisé, à cause de sa légèreté et de son incombustibilité, pour gonfler les aérostats à l'époque des Zeppelins. Il ne l'est maintenant pratiquement plus pour cela. En revanche, son emploi comme gaz de pressurisation est devenu quotidien dans les travaux spatiaux et sous-marins, car étant moins soluble que l'azote dans le sang, il permet d'éviter les embolies lors de la décompression. En outre, peu transparent aux particules nucléaires et peu sensible aux phénomènes radioactifs, l'hélium est utilisé comme agent de transfert de chaleur dans les réacteurs nucléaires. On l'emploie également dans la soudure à l'arc de l'aluminium, de l'inox ou du titane. La cryophysique ouvre aussi de belles perspectives à son utilisation.

En France, c'est le physicien Georges Claude qui eut le premier l'idée d'employer les gaz inertes dans les systèmes d'éclairage; ses travaux ont été poursuivis par son neveu André Claude, dont le nom reste attaché à la réalisation des tubes fluorescents. En effet il découvrit qu'une décharge électrique dans un tube rempli de néon, sous une pression d'un millimètre de mercure, provoque une luminescence rouge orangde, d'où son utilisation pour des éclairages d'ambiance ou des enseignes lumineuses. Cet homme, mort jeune à quarante-six ans (en 1955),reste d'ailleurs l'exemple de la disponibilité du savant envers l'industrie.

L'argon, qui est aujourd'hui le gaz inerte le moins cher, est utilisé pour fondre le titane dans les arcs au tungstène, et dans les lampes courantes à incandescence, afin de prolonger leur durée de vie: car tout en augmentant la température du filament (émission proportionnelle à T'> on augmente en même temps le rendement de ces ampoules.

Le krypton qu'avait utilisé Georges Claude, moins conducteur et plus dense, donne encore de meilleurs résultats, mais il est plus rare et plus cher.

Comme on peut le constater à travers ces quelques exemples, la découverte des gaz rares par Sir William Ramsay, qui semblait si peu prometteuse à ses débuts, trouve d'année en année un champ d'application plus vaste.

Sir William Ramsay mourut durant la Première Guerre mondiale, à High Wycombe, le 23 juillet 1916.