Les propriétés des ultraviolets dépendent de la longueur d'onde, et les ultraviolets de différentes sources se distinguent par leur spectre. Discutons des sources d'ultraviolets et de leur utilisation pour maximiser l'action bactéricide tout en minimisant les risques d'effets biologiques indésirables.
Fig. 1. Sur la photo, il ne s'agit pas de désinfection par rayonnement UVC, comme on pourrait le penser, mais d'un entraînement à l'utilisation d'une combinaison de protection avec identification, sous les rayons UVA, de taches luminescentes de liquides corporels éducatifs. UVA – un ultraviolet doux qui n'a pas d'effet bactéricide. Les yeux fermés sont une mesure de sécurité justifiée, car le large spectre de l'ampoule fluorescente UVA croise le UVB, qui est dangereux pour la vue (source Simon Davis/DFID).
La longueur d'onde de la lumière visible correspond à l'énergie du quantum, au-delà de laquelle l'action photochemique devient possible. Les quanta de lumière visible excitent les réactions photochimiques dans un tissu photoréceptif spécifique – la rétine de l'œil.
Les ultraviolets sont invisibles, leur longueur d'onde est inférieure, leur fréquence et l'énergie des quanta sont supérieures, leur rayonnement est plus intense, la variété des réactions photochimiques et des effets biologiques est plus grande.
Les ultraviolets se distinguent en :
- UVA (400…315 nm) – proche par ses propriétés de la lumière visible, longwave/souple/proche;
- UVB (315…280 nm) – de dureté moyenne;
- UVC (280…100 nm) – courtwave/distant/dur.
Action bactéricide des ultraviolets
L'action bactéricide est modérée par l'ultraviolet dur – UVC, et dans une moindre mesure par l'ultraviolet de dureté moyenne – UVB. La courbe de l'efficacité bactéricide montre que seule une plage étroite de 230…300 nm exerce un effet bactéricide clair, soit environ un quart de la plage appelée ultraviolet.
Fig. 2 Courbes de l'efficacité bactéricide provenant de []
Les quanta ayant des longueurs d'onde dans cette plage sont absorbés par les acides nucléiques, ce qui entraîne la destruction de la structure de l'ADN et de l'ARN. En plus de son effet bactéricide, c'est-à-dire tuant les bactéries, cette plage a également un effet virucide (contre les virus), fongicide (contre les champignons) et sporicide (tuant les spores). Elle tue, entre autres, le virus à ARN SARS-CoV-2 responsable de la pandémie de 2020.
Action bactéricide de la lumière du soleil
L'action bactéricide de la lumière solaire est relativement limitée. Examinons le spectre solaire au-dessus et à l'intérieur de l'atmosphère :
Fig. 3. Spectre des radiations solaires au-dessus de l'atmosphère et au niveau de la mer. La partie la plus nocive de l'ultraviolet ne atteint pas la surface de la terre (extrait de Wikipédia).
Il convient de prêter attention au spectre au-dessus de l'atmosphère mis en évidence en jaune. L'énergie des quanta à l'extrémité gauche du spectre des rayons solaires au-dessus de l'atmosphère avec une longueur d'onde inférieure à 240 nm correspond à l'énergie de la liaison chimique de 5,1 eV dans une molécule d'oxygène «O2». L'oxygène moléculaire absorbe ces quanta, la liaison chimique se rompt, formant de l'oxygène atomique «O», qui se recompose ensuite en molécules d'oxygène «O2» et, partiellement, en ozone «O3».
L'UVC solaire au-dessus de l'atmosphère forme de l'ozone dans les couches supérieures de l'atmosphère, appelé la couche d'ozone. L'énergie de la liaison chimique dans la molécule d'ozone est inférieure à celle de la molécule d'oxygène et, par conséquent, l'ozone absorbe des quanta de moindre énergie que l'oxygène. Si l'oxygène absorbe uniquement l'UVC, la couche d'ozone absorbe à la fois l'UVC et l'UVB. Ainsi, le soleil génère de l'ozone par le biais de l'extrémité du spectre ultraviolet, et cet ozone absorbe ensuite la plupart des ultraviolets nocifs, protégeant la Terre.
Et maintenant, avec précaution, en faisant attention aux longueurs d'onde et à l'échelle, compatibilisons le spectre solaire avec le spectre d'action bactéricide.
Fig. 4 Spectre d'action bactéricide et spectre des radiations solaires.
Il est clair que l'action bactéricide de la lumière solaire est négligeable. La partie du spectre capable d'exercer une action bactéricide est presque entièrement absorbée par l'atmosphère. À différentes périodes de l'année et à différentes latitudes, la situation varie légèrement, mais qualitativement, elle reste similaire.
Danger des ultraviolets
Le chef d'un grand pays a proposé : « pour guérir du COVID-19, il faut amener la lumière solaire à l'intérieur du corps ». Cependant, l'UV bactéricide détruit l'ARN et l'ADN, y compris ceux des humains. Si l'on « amène la lumière solaire à l'intérieur du corps », la personne mourra.
L'épiderme, en particulier la couche cornée de cellules mortes, protège les tissus vivants des UVC. En dessous de la couche épidermique, moins de 1% des radiations UVC pénètrent [OMS]. Des longueurs d'onde plus longues comme l'UVB et l'UVA pénètrent à plus grande profondeur.
S'il n'y avait pas d'ultraviolet solaire, les humains n'auraient probablement pas d'épiderme ni de couche cornée, et la surface du corps serait muqueuse, comme celle des escargots. Mais comme les humains ont évolué sous le soleil, seules les surfaces protégées du soleil sont muqueuses. La surface muqueuse de l'œil est la plus vulnérable, conditionnellement protégée contre les ultraviolets solaires par les paupières, les cils, les sourcils, la motricité faciale, et l'habitude de ne pas regarder le soleil.
Lorsque les ophtalmologistes ont appris à remplacer le cristallin par un implant, ils ont rencontré le problème des brûlures de la rétine. Ils ont commencé à examiner les causes et ont découvert que le cristallin humain vivant est opaque aux ultraviolets et protège la rétine. Après cela, ils ont également rendu les cristallins artificiels opaques aux ultraviolets.
L'image de l'œil sous les rayons ultraviolets illustre l'opacité du cristallin pour ces rayons. Il ne faut pas exposer son propre œil aux ultraviolets, car avec le temps, le cristallin devient trouble, notamment à cause de la dose accumulée d'ultraviolets au fil des années, et il nécessite un remplacement. Par conséquent, utilisons l'expérience de ceux qui ont négligé la sécurité, qui se sont éclairés les yeux avec une lampe ultraviolette à une longueur d'onde de 365 nm, et ont partagé le résultat sur YouTube.
Fig. 5 Capture d'écran d'une vidéo de la chaîne YouTube « Kreosan ».
Les lampes ultraviolettes émettant une lumière fluorescente à une longueur d'onde de 365 nm (UVA) sont populaires. Elles sont achetées par des adultes, mais finissent inévitablement entre les mains des enfants. Les enfants éclairent leurs yeux avec ces lampes, examinant attentivement et longtemps le cristal luminescent. De telles actions doivent être évitées. Si cela se produit, on peut se rassurer en sachant que la cataracte est indubitablement causée par l'irradiation du cristallin par les UVB dans les recherches sur les souris, mais l'effet catarogène des UVA n'est pas stable [].
Et pourtant, le spectre exact de l'action de l'ultraviolet sur le cristallin reste inconnu. Et si l'on considère que la cataracte est un effet fortement retardé, il faut un certain raisonnement pour ne pas s'exposer aux ultraviolets dans les yeux à l'avance.
Les muqueuses de l'œil s'enflamment relativement rapidement sous les rayons ultra-violets, ce qui est appelé photokératite et photoconjonctivite. Les muqueuses deviennent rouges et il y a une sensation de « sable dans les yeux ». L'effet disparaît après quelques jours, mais des brûlures répétées peuvent entraîner une opacité de la cornée.
Les longueurs d'onde provoquant ces effets correspondent à peu près à la fonction de risque UV pondérée, mentionnée dans la norme de sécurité photobiologique [IEC 62471], et correspondent approximativement à la plage d'action des bactéries.
Fig. 6 Spectres d'action des rayons ultra-violets provoquant une photoconjonctivite et une photokératite de [] et la fonction de risque UV active pour la peau et les yeux de [].
Les doses seuils pour la photokératite et la photoconjonctivite sont de 50 à 100 J/m², cette valeur ne dépasse pas les doses utilisées lors de la désinfection. Il n'est pas possible de désinfecter la muqueuse de l'œil avec des rayons ultra-violets sans provoquer d'inflammation.
L'érythème, c'est-à-dire le « coup de soleil » est dangereux pour les rayons ultra-violets dans la plage allant jusqu'à 300 nm. Selon certaines sources, l'efficacité spectrale maximale de l'érythème se situe autour de 300 nm []. La dose minimale provoquant un érythème à peine perceptible (MED, Dose Érythémateuse Minimale) pour différents types de peau varie de 150 à 2000 J/m². Pour les habitants de la région médiane, une MED typique peut être considérée comme étant d'environ 200…300 J/m².
Les UVB dans la plage de 280 à 320 nm, avec un maximum autour de 300 nm, provoquent des cancers de la peau. Il n'y a pas de dose seuil, plus la dose est élevée, plus le risque est important, et l'effet est différé.
Fig. 7 Courbes d'action des rayons ultra-violets provoquant un érythème et des cancers de la peau.
Le vieillissement photo-induit de la peau est causé par les rayons ultra-violets sur toute la plage de 200 à 400 nm. Une photo est bien connue d'un chauffeur de camion exposé à des rayons UV solaires principalement du côté gauche. Le conducteur avait l'habitude de conduire avec la fenêtre ouverte, mais le côté droit de son visage était protégé des rayons UV par le pare-brise. La différence d'état de la peau entre le côté droit et le côté gauche est impressionnante :
Fig. 8 Photo du conducteur ayant conduit pendant 28 ans avec la fenêtre ouverte [].
Si l'on évalue grossièrement que l'âge de la peau de chaque côté du visage de cette personne diffère de vingt ans et que cela résulte du fait qu'environ ces mêmes vingt ans, un côté du visage a été exposé au soleil tandis que l'autre ne l'a pas été, on peut faire une conclusion prudente : une journée passée au soleil vieillit la peau d'un jour.
D'après les données de référence [] il est connu qu'aux latitudes moyennes, en été, sous un soleil direct, la dose érythémateuse minimale de 200 J/m2 est atteinte en moins d'une heure. En comparant ces chiffres avec la conclusion faite, on peut en tirer une autre conclusion : le vieillissement de la peau lors d'un travail périodique et bref avec des lampes ultraviolettes ne constitue pas un danger significatif.
Quelle quantité d'ultraviolet est nécessaire pour la désinfection
Le nombre de micro-organismes survivants sur les surfaces et dans l'air diminue de manière exponentielle avec l'augmentation de la dose d'ultraviolet. Par exemple, la dose qui tue 90 % des mycobactéries de la tuberculose est de 10 J/m2. Deux de ces doses tuent 99 %, trois doses tuent 99,9 %, etc.
Fig. 9 Dépendance de la proportion de mycobactéries de la tuberculose survivantes par rapport à la dose de rayonnement ultraviolet à une longueur d'onde de 254 nm.
La dépendance exponentielle est remarquable en ce sens qu'une faible dose tue une grande partie des micro-organismes.
Parmi les micro-organismes pathogènes listés en [] la salmonelle est la plus résistante aux ultraviolets. La dose qui tue 90 % de ses bactéries est de 80 J/m2. Selon l'examen [Kowalski2020], la valeur moyenne de la dose qui tue 90 % des coronavirus est de 67 J/m2. Mais pour la plupart des micro-organismes, cette dose ne dépasse pas 50 J/m2. Pour des objectifs pratiques, on peut retenir que la dose standard désinfectant avec une efficacité de 90 % est de 50 J/m2.
Conformément à la méthode approuvée par le ministère de la Santé de la Russie pour l'utilisation des ultraviolets pour la désinfection de l'air [] une efficacité de désinfection maximale de « trois neuf » ou 99,9 % est requise pour les salles d'opération, les maternités, etc. Pour les salles de classe, les locaux des bâtiments publics, etc., « un neuf » suffit, c'est-à-dire 90 % des micro-organismes détruits. Cela signifie qu'en fonction de la catégorie de la pièce, de une à trois doses standard de 50 à 150 J/m2 suffisent.
Exemple d'évaluation du temps nécessaire d'irradiation : supposons qu'il est nécessaire de désinfecter l'air et les surfaces dans une pièce mesurant 5 × 7 × 2,8 mètres, pour cela, une lampe Philips TUV 30W est utilisée.
Dans la description technique de la lampe, le flux de rayonnement bactéricide est indiqué comme étant de 12 W []. Dans l'idéal, tout le flux va strictement vers les surfaces à désinfecter, mais dans la réalité, la moitié du flux sera perdue sans utilité, par exemple, il illuminera excessivement le mur derrière le luminaire. Nous allons donc compter sur un flux utile de 6 W. La surface totale irradiée dans la pièce est de 35 m2 pour le sol + 35 m2 pour le plafond + 67 m2 pour les murs, soit un total de 137 m2.
En moyenne, le flux de rayonnement bactéricide sur les surfaces est de 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. En une heure, soit 3600 secondes, ces surfaces recevront une dose de 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, ou arrondi à 150 J/m2. Cela correspond à trois doses standard de 50 J/m2 ou « trois neufs » – 99,9 % d'efficacité bactéricide, c'est-à-dire répondant aux exigences opérationnelles. Et comme la dose calculée, avant d'atteindre les surfaces, a traversé le volume de la pièce, l'air a également été désinfecté avec une efficacité tout aussi grande.
Si les exigences de stérilité ne sont pas élevées et que « un neuf » suffit, pour l'exemple considéré, il faudra trois fois moins de temps d'irradiation – arrondi à 20 minutes.
Protection contre les UV
La principale mesure de protection lors de la désinfection par ultraviolet est de quitter la pièce. Être près d'une lampe UV en fonctionnement, tout en détournant le regard, ne suffit pas, les muqueuses des yeux seront tout de même irradiées.
Une mesure partielle de protection des muqueuses oculaires peut être des lunettes en verre. L'affirmation catégorique selon laquelle « le verre ne laisse pas passer les ultraviolets » est incorrecte ; il laisse passer dans une certaine mesure, et différentes marques de verre varient à cet égard. Mais en général, avec la réduction de la longueur d'onde, le coefficient de transmission diminue, et l'UVC est efficacement laissé passer uniquement par du verre quartz. Les verres de lunettes ne sont en aucun cas en quartz.
On peut affirmer avec certitude que les lentilles de lunettes avec l'étiquetage UV400 ne laissent pas passer les ultraviolets.
Fig. 10 Spectre de transmission des verres optiques aux indices UV380, UV400 et UV420. Image provenant du site []
Une autre mesure de protection réside dans l'utilisation de sources UVC à rayonnement bactéricide, qui n'émettent pas de plages potentiellement dangereuses mais inefficaces pour la désinfection, telles que les UVB et UVA.
Sources ultraviolettes
Diodes UV
Les diodes ultraviolettes de 365 nm (UVA) sont les plus courantes et sont utilisées dans les lampes de police, provoquant une luminescence pour détecter des contaminations invisibles sans ultraviolet. Une désinfection avec ces diodes est impossible (voir Fig. 11).
Pour la désinfection, on peut utiliser des diodes UVC à ondes courtes avec une longueur d'onde de 265 nm. Le coût d'un module à diodes qui remplacerait une lampe bactéricide à mercure dépasse de trois ordres de grandeur le coût de la lampe, c'est pourquoi dans la pratique, de telles solutions ne sont pas utilisées pour désinfecter de grandes surfaces. Cependant, des dispositifs compacts à diodes UV émergent pour la désinfection de petites surfaces - outils, téléphones, zones de lésions cutanées, etc.
Lampes à mercure basse pression
Une lampe à mercure basse pression est la référence à laquelle toutes les autres sources sont comparées.
La majorité de l'énergie émise par la vapeur de mercure à basse pression lors d'un décharge électrique se situe à une longueur d'onde de 254 nm, idéale pour la désinfection. Une petite partie de l'énergie est émise à une longueur d'onde de 185 nm, générant intensément de l'ozone. Et une très petite quantité d'énergie est émise à d'autres longueurs d'onde, y compris dans le spectre visible.
Dans les lampes fluorescent à mercure ordinaires de lumière blanche, le verre de l'ampoule ne laisse pas passer l'ultraviolet émis par les vapeurs de mercure. Mais le phosphore, poudre blanche sur les parois de l'ampoule, brille dans le spectre visible sous l'effet de l'ultraviolet.
Les lampes UVB ou UVA fonctionnent de manière similaire, le verre de l'ampoule ne laisse pas passer les pics de 185 nm et 254 nm, mais le phosphore sous l'effet de l'ultraviolet à ondes courtes émet une lumière non visible, ainsi que de l'ultraviolet à ondes longues. Ce sont des lampes à usage technique. Étant donné que le spectre des lampes UVA est semblable à celui du soleil, ces lampes sont également utilisées pour le bronzage. La comparaison du spectre avec la courbe d'efficacité bactéricide montre qu'il est inapproprié d'utiliser des lampes UVB et encore moins UVA pour la désinfection.
Fig. 11 Comparaison de l'efficacité bactéricide, du spectre de la lampe UVB, du spectre de la lampe UVA « pour bronzer » et du spectre de la diode 365 nm. Les spectres des lampes ont été obtenus à partir du site de l'association américaine des fabricants de peintures [].
Il convient de noter que le spectre de la lampe fluorescente UVA est large et couvre la plage UVB. Le spectre de la diode 365 nm est beaucoup plus étroit, c'est du « vrai UVA ». Si un UVA est nécessaire pour provoquer une luminescence à des fins décoratives ou pour détecter des contaminants, l'utilisation de la diode est plus sûre que l'utilisation d'une lampe fluorescente ultraviolette.
La lampe bactéricide à mercure à basse pression UVC se distingue des lampes fluorescentes par l'absence de phosphore sur les parois de l'ampoule, et l'ampoule laisse passer l'ultraviolet. La ligne principale de 254 nm est toujours transmise, tandis que la ligne générant de l'ozone à 185 nm peut être soit présente dans le spectre de la lampe, soit éliminée par une ampoule en verre à transmission sélective.
Fig. 12 La plage d'émission est indiquée sur l'étiquette des lampes ultraviolettes. On peut reconnaître la lampe bactéricide UVC par l'absence de phosphore sur l'ampoule.
L'ozone a un effet bactéricide supplémentaire, mais est cancérigène. Par conséquent, pour ne pas avoir à attendre l'élimination de l'ozone après la désinfection, on utilise des lampes ne produisant pas d'ozone et qui n'ont pas de ligne à 185 nm dans le spectre. Ces lampes possèdent un spectre presque idéal : une ligne principale avec une efficacité bactéricide élevée de 254 nm, une émission très faible dans les plages ultraviolettes non bactéricides, et une faible émission « signal » dans la plage visible.
Fig. 13. Le spectre de la lampe à mercure basse pression UVC (fourni par le magazine lumen2b.ru) est superposé au spectre de l'émission solaire (de Wikipédia) et à la courbe d'efficacité de l'action bactéricide (de l'ESNA Lighting Handbook []).
La lueur bleue des lampes bactéricides permet de voir que la lampe à mercure est allumée et fonctionne. La lueur est faible, ce qui crée une impression trompeuse que regarder la lampe est sans danger. Nous ne ressentons pas que l'émission dans la plage UVC représente 35…40 % de la puissance totale consommée par la lampe.
Fig. 14 Une faible part de l'énergie émise par les vapeurs de mercure se situe dans la plage visible et apparaît comme une lueur bleue faible.
Une lampe à mercure bactericide à basse pression a le même socle qu'une lampe fluorescent classique, mais est fabriquée dans une longueur différente pour éviter qu'elle ne soit utilisée dans des luminaires ordinaires. Le luminaire pour lampe bactericide, en plus des dimensions, se distingue par le fait que toutes les pièces en plastique sont résistantes aux UV, les fils sont protégés des UV, et il n'y a pas de diffuseur.
Pour les besoins bactericides domestiques, l'auteur utilise une lampe bactericide de 15 W, précédemment utilisée pour désinfecter la solution nutritive d'un système hydroponique. Son équivalent peut être trouvé en recherchant « aquarium uv sterilisator ». Lorsque la lampe fonctionne, elle émet de l'ozone, ce qui est nuisible, mais utile pour désinfecter, par exemple, des chaussures.
Fig. 15 Lampes à mercure à basse pression avec des socles de différents types. Images provenant du site Aliexpress.
Lampes à mercure à pression moyenne et élevée
L'augmentation de la pression des vapeurs de mercure complique le spectre, le spectre s'élargit et de nombreuses lignes apparaissent, y compris aux longueurs d'onde générant de l'ozone. L'ajout de suppléments au mercure entraîne une complexification encore plus grande du spectre. Il existe de nombreuses variantes de ces lampes, et le spectre de chacune est unique.
Fig. 16 Exemples de spectres de lampes à mercure à pression moyenne et élevée
L'augmentation de la pression réduit le rendement de la lampe. Par exemple, pour la lampe à pression moyenne Aquafineuv, dans le domaine de l'émission UVC, elle émet déjà 15-18 % de la puissance consommée, contre 40 % pour les lampes à basse pression. Le coût de l'équipement par watt de flux UVC est donc plus élevé [].
La réduction de l'efficacité et l'augmentation du coût de la lampe sont compensées par sa compacité. Par exemple, la désinfection de l'eau en flux ou le séchage de la laque appliquée à haute vitesse en imprimerie nécessitent des sources compactes et puissantes, où le coût unitaire et l'efficacité ne sont pas prioritaires. Mais il n'est pas correct d'utiliser une telle lampe pour la désinfection.
Émetteur UV à partir d'une lampe DRL et d'une lampe DRT
Il existe un moyen « populaire » d'obtenir relativement peu cher une source puissante d'ultraviolets. Des lampes DL de lumière blanche de 125…1000 W sont en train de devenir obsolètes, mais elles sont encore vendues. Dans ces lampes, à l'intérieur de l'enveloppe extérieure se trouve un « brûleur » — une lampe à mercure haute pression. Elle émet un ultraviolet large spectre, qui est retenu par l'enveloppe en verre extérieure, mais fait briller le phosphore sur ses parois. Si vous cassez l'enveloppe extérieure et que vous connectez le brûleur au réseau à travers un ballast standard, vous obtiendrez un émetteur puissant d'ultraviolets larges.
Cependant, un émetteur fabriqué de cette manière a des inconvénients : un rendement énergétique faible par rapport aux lampes à basse pression, une grande part d'ultraviolets en dehors de la plage bactéricide, et il est impossible de rester dans la pièce pendant un certain temps après l'extinction de la lampe, jusqu'à ce que l'ozone se décompose ou s'évapore.
Mais les avantages sont indéniables : coût bas et grande puissance dans des dimensions compactes. Parmi les avantages, on peut également mentionner la génération d'ozone. L'ozone désinfectera les surfaces ombragées que les rayons ultraviolets ne toucheront pas.
Fig. 17 Émetteur ultravioleta fabriqué à partir de lampes DL. La photographie est publiée avec l'autorisation de l'auteur, un dentiste bulgare utilisant cet émetteur en complément à la lampe bactéricide standard Philips TUV 30W.
Des sources ultraviolettes similaires pour désinfection sous forme de lampes à mercure haute pression sont utilisées dans des émetteurs de type OUFK-01 « Solaire ».
Par exemple, pour la lampe populaire « DRT 125-1 », le fabricant ne publie pas le spectre, mais dans la documentation, il indique les paramètres : l'intensité d'irradiation à 1 m de la lampe UVA – 0,98 W/m², UVB – 0,83 W/m², UVC – 0,72 W/m², le flux bactéricide 8 W, et après utilisation, une ventilation de la pièce est nécessaire à cause de l'ozone []. À la question directe sur la différence entre la lampe DRT et le brûleur DL, le fabricant a répondu dans son blog que le DRT a un revêtement isolant vert sur les cathodes.
Fig. 18 Source d'ultraviolets larges — lampe DRT-125
D'après les caractéristiques déclarées, il est évident que le spectre est large avec une part d'émission presque équivalente dans l'ultraviolet doux, moyen et dur, incluant la génération d'ozone par l'UV-C. Le flux bactéricide représente 6,4 % de la puissance consommée, ce qui signifie un rendement six fois inférieur à celui d'un tube fluorescent à basse pression.
Le fabricant ne publie pas le spectre de cette lampe, et sur Internet, la même image du spectre de l'une des DRH circule. La source originale est inconnue, mais le rapport d'énergie dans les zones UVC, UVB et UVA ne correspond pas à celui déclaré pour la lampe DRH-125. Pour la DRH, un rapport à peu près égal est déclaré, alors que le spectre montre que l'énergie UVB est plusieurs fois supérieure à l'énergie UBC. Et en UVA, elle est beaucoup plus élevée que dans l'UVB.
Fig. 19. Spectre de la lampe à mercure à haute pression, illustrant le plus souvent le spectre largement utilisé à des fins médicales de la DRH-125.
Il est clair que les lampes avec différentes pressions et des additifs au mercure émettent de manière légèrement différente. Il est également évident qu'un consommateur mal informé est enclin à imaginer les caractéristiques et propriétés souhaitées d'un produit, acquérant une confiance basée sur ses propres suppositions, et à effectuer un achat. La publication du spectre d'une lampe spécifique entraînera des discussions, des comparaisons et des conclusions.
L'auteur a un jour acheté l'appareil OUFK-01 avec la lampe DRH-125 et l'a utilisé pendant plusieurs années pour des tests de résistance aux UV des produits en plastique. Il a exposé simultanément deux produits, dont un était un contrôle fabriqué en plastique résistant aux ultraviolets, et a observé lequel jaunit plus rapidement. Pour une telle application, connaître la forme exacte du spectre n'est pas nécessaire, il suffit que l'émetteur soit large bande. Mais pourquoi utiliser des ultraviolets larges bandes si la désinfection est nécessaire ?
Dans la désignation de l'OUFK-01, il est indiqué que l'émetteur est utilisé lors de processus inflammatoires aigus. C'est-à-dire dans les cas où l'effet positif de la désinfection de la peau dépasse les dommages potentiels causés par les ultraviolets larges bandes. Il est évident que même dans ce cas, il est préférable d'utiliser des ultraviolets étroits, sans longueurs d'onde dans le spectre ayant d'autres effets que bactéricides.
Désinfection de l'air
Les rayons ultraviolets sont considérés comme un moyen de désinfection insuffisant des surfaces, car ils ne peuvent pas pénétrer là où le fait, par exemple, l'alcool. Cependant, l'ultraviolet désinfecte efficacement l'air.
Lors d'un éternuement ou d'une toux, des gouttelettes de quelques micromètres se forment, qui restent en suspension dans l'air de quelques minutes à plusieurs heures []. Des études sur la tuberculose ont montré qu'une seule goutte aérosol suffisait pour provoquer une infection.
À l'extérieur, nous sommes relativement en sécurité grâce aux énormes volumes et à la mobilité de l'air, capable de dissiper et de désinfecter avec le temps et les rayons du soleil tout éternuement. Même dans le métro, tant que la proportion de personnes infectées est faible, le volume d'air par rapport à un infecté est élevé, et une bonne ventilation réduit le risque de propagation de l'infection. L'endroit le plus dangereux pendant les pandémies de maladies transmissibles par aérosol est l'ascenseur. C'est pourquoi ceux qui éternuent doivent rester en quarantaine, et l'air dans les espaces publics avec une ventilation insuffisante nécessite une désinfection.
Récirculateurs
L'une des options de désinfection de l'air est les récirculateurs UV fermés. Discutons de l'un de ces récirculateurs – le « Dezar 7 », connu pour avoir été aperçu même dans le bureau du chef de l'État.
Dans la description du récirculateur, il est indiqué qu'il traite 100 m3 par heure et est destiné à un espace de 100 m3 (environ 5 × 7 × 2,8 mètres).
Cependant, la capacité de désinfecter 100 m3 d'air par heure ne signifie pas que l'air dans une pièce de 100 m3 sera traité aussi efficacement en une heure. L'air traité dilue l'air contaminé, qui retourne à plusieurs reprises dans le récirculateur. Il n'est pas compliqué de construire un modèle mathématique et de calculer l'efficacité d'un tel processus :
Fig. 20 Influence du fonctionnement du récirculateur UV sur le nombre de micro-organismes dans l'air d'une pièce sans ventilation.
Pour réduire la concentration de micro-organismes dans l'air de 90 %, le récirculateur doit fonctionner pendant plus de deux heures. En l'absence de ventilation dans la pièce, cela est possible. Mais il n'y a normalement pas de pièces avec des personnes et sans ventilation. Par exemple, [] exige un débit minimal d'air extérieur pour la ventilation de 3 m3 par heure pour 1 m2 de surface d'appartement. Ce qui correspond à un remplacement complet de l'air une fois par heure et rend inutile le fonctionnement du récipient circulaire.
Si l'on considère un modèle de non-mélange complet, mais de jets laminaires qui suivent une trajectoire complexe établie dans la pièce et qui partent vers la ventilation, l'utilité de la désinfection de l'un de ces jets est encore moindre que dans le modèle de mélange complet.
Dans tous les cas, le récirculateur UV n'est pas plus utile qu'une fenêtre ouverte.
Une des raisons de l'efficacité limitée des récirculateurs est que l'effet bactéricide est extrêmement faible par rapport à chaque watt du flux UV. Le faisceau parcourt environ 10 centimètres à l'intérieur de l'appareil, puis se reflète sur l'aluminium avec un coefficient d'environ k=0,7. Cela signifie que la distance efficace du faisceau à l'intérieur de l'appareil est d'environ un demi-mètre, après quoi il est absorbé inutilement.
Fig. 21. Capture d'écran d'une vidéo sur Youtube, où un récirculateur est analysé. On peut voir les lampes bactéricides et la surface réfléchissante en aluminium, qui réfléchit beaucoup moins bien les UV que la lumière visible [].
Une lampe bactéricide, qui est accrochée ouvertement au mur dans le cabinet d'un hôpital et est allumée selon un calendrier par le médecin, est de plusieurs fois plus efficace. Les rayons de la lampe ouverte parcourent plusieurs mètres, désinfectant d'abord l'air, puis aussi les surfaces.
Appareils de désinfection de l'air dans la partie supérieure de la pièce
Dans les chambres d'hôpitaux où se trouvent en permanence des patients alités, on utilise parfois des installations UV qui irradiant les courants d'air circulant sous le plafond. Le principal inconvénient de ces installations est que la grille protégeant les lampes ne laisse passer que les rayons se déplaçant strictement dans une seule direction, absorbant inutilement plus de 90 % du reste du flux.
On peut également faire circuler l'air à travers un tel appareil de désinfection, de sorte que cela devienne également un récipient circulaire, mais cela ne se fait probablement pas en raison de la volonté de ne pas créer un accumulateur de poussière dans la chambre.
Fig. 22 Appareil d'irradiation UV de l'air sous plafond, image provenant du site [].
Les grilles protègent les personnes à l'intérieur des locaux des rayonnements ultraviolets directs, mais le flux qui passe à travers la grille atteint le plafond et les murs, et se réfléchit de manière diffuse, avec un coefficient de réflexion d'environ 10 %. L'espace se remplit de rayonnements ultraviolets omnidirectionnels et les personnes reçoivent une dose d'ultraviolets proportionnelle au temps passé à l'intérieur.
Relecteurs et auteur
Relecteurs :
Artyom Balabanov, ingénieur en électronique, développeur de systèmes de durcissement UV ;
Rumen Vasilev, docteur en sciences techniques, éclairagiste, OOD « Interlux », Bulgarie ;
Vadim Grigorov, biophysicien ;
Stanislav Lermontov, ingénieur éclairagiste, ООО « Systèmes Intégrés » ;
Alexeï Pankrashkin, docteur en sciences techniques, maître de conférences en technologie des semi-conducteurs et photonique, ООО « INTEK Engineering » ;
Andrei Khramov, spécialiste en conception d'éclairage pour les établissements de santé ;
Vitaly Tsvyrko, chef du laboratoire d'essai d'éclairage « CSOT NAN de Biélorussie »
Auteur : Anton Sharakshane, docteur en sciences physiques et mathématiques, éclairagiste et biophysicien, Premier MGUMU nommé d'après I.M. Sechenov
Liens
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Source : habr.com
