Traditionnellement, dans l'industrie agroalimentaire, le nettoyage et la désinfection s'effectuent à l'aide de détergent et d'eau liquide. Les bactéries présentes sur les surfaces forment des biofilms qui adhèrent fortement à celles-ci [Référence 1]. Des études ont montré que ces biofilms sont difficiles à éliminer avec des solutions détergentes, car ils sont collants. Les bactéries sont plus faciles à éliminer dans les solutions liquides que sur les surfaces solides comme l'acier inoxydable. Les biofilms ont tendance à résister à l'élimination par des moyens mécaniques et chimiques. D'autres méthodes de désinfection doivent être explorées pour remplacer le traçage mécanique et les méthodes chimiques. La figure 1 montre une surface en acier inoxydable infectée par des bactéries.
Figure 1 : Surface en acier inoxydable infectée par des bactéries
Nettoyage au laser La désinfection des surfaces infectées par des bactéries est une méthode très efficace, car elle permet d'exploiter les effets thermiques du laser pour désinfecter la surface. La figure 2 illustre Nettoyage au laser d'un plateau contaminé.
Figure 2 : Nettoyage au laser d'un plateau contaminé
Des études ont été menées pour comprendre l'efficacité de différents types de lasers pour nettoyer les surfaces infectées par des bactéries. Les lasers généralement utilisés sont des lasers pulsés, mais le choix de la longueur d'onde, de l'énergie d'impulsion et de la fréquence de répétition est crucial. Dans une étude [Référence 2], sept types de lasers différents, allant de l'ultraviolet (355 nm) à l'infrarouge lointain (118 μm), ont été utilisés pour déterminer leur efficacité à tuer les bactéries Escherichia coli (E-coli). Parmi ces lasers, un laser CO2 pulsé à 10,6 μm et plusieurs lasers Nd:YAG fonctionnant aux longueurs d'onde nominales, de deuxième et de troisième harmoniques ont été utilisés.
L'étude a montré que le laser pulsé au CO2 était le plus efficace pour éliminer les bactéries, suivi du laser Nd:YAG au-delà d'une certaine densité d'énergie. L'effet des UV sur l'élimination des bactéries est bien connu et le troisième laser efficace était le laser Nd:YAG à fréquence triplée (émission à 355 nm). À des fins de test, les bactéries E. coli ont été implantées sur plusieurs plaques, puis exposées à un rayonnement laser. Après cette exposition, les plaques ont été incubées pendant 24 heures à 37 °C. Si la stérilisation au laser fonctionnait, une zone exempte de bactéries serait observée après croissance. Le tableau 1 présente les différents paramètres des lasers et la zone exempte de bactéries observée après exposition à ces lasers.
| Laser | Longueur d'onde (μm) | Surface du faisceau (cm2) | Puissance moyenne (watts) | Temps d'exposition (sec) | Densité énergétique (J cm-2) | Surface de destruction bactérienne (cm2) |
| CO2 | 10.6 | 2.3 | 600 | 0.03 | 7.88 | 1.21 |
| Nd:YAG Lumonics | 1.06 | 1.65 | 200 | 16 | 1940 | 0.715 |
Nd: YAG Minilite 10 Triplé | 0.355 | 0.283 | 0.04 | 60 | 8.49 | 0.0365 |
Nd: YAG Mortel II-10 Triplé | 0.355 | 0.283 | 1 | 3 | 10.6 | 0.123 |
Tableau 1 : Comparaison des lasers pour la décontamination des surfaces infectées par des bactéries [Réf. 2]
Comme le montre le tableau ci-dessus, la densité énergétique du laser Nd:YAG Lumonics (impulsions de 10 ms avec une énergie de 10 joules à 20 Hz) était 246 fois supérieure à celle du laser CO2, et le temps d'exposition était également 533 fois plus long. Cette différence pourrait s'expliquer par le fait que l'eau absorbe le rayonnement infrarouge moyen (à 10,6 μm) beaucoup plus fortement que le proche infrarouge (1,06 μm). De plus, comme les bactéries E. coli vivent dans l'eau, elles sont plus facilement détruites.
Les longueurs d'onde UV à 355 nm ont également bien réagi à la stérilisation, comme le montre le tableau. Les lasers à fréquence triplée fonctionnaient à une fréquence de répétition de 10 Hz et avaient une durée d'impulsion d'environ 5 ns. En comparant le laser Surlite à fréquence triplée au laser Lumonics Nd:YAG, on constate qu'avec une puissance moyenne 200 fois inférieure et un temps d'exposition près de 5 fois plus court (densité énergétique presque 20 fois inférieure), le laser Surlite a atteint une surface de nettoyage du même ordre de grandeur que le laser Nd:YAG (0,123 cm² contre 0,715 cm²).
Outre les lasers efficaces pour tuer la bactérie E. coli, d'autres lasers se sont révélés inefficaces. Parmi ces lasers, on trouve un laser infrarouge lointain de 118 μm, un laser à diode de 0,81 μm et un laser à ions argon de 0,488 μm. Plusieurs densités d'énergie ont été utilisées pour ces lasers, mais elles se sont révélées inefficaces pour tuer les bactéries présentes sur les surfaces.
Allié Scientifique Pro a développé un système de nettoyage laser à fibre optique qui a déjà fait ses preuves dans de nombreux domaines, tels que l'élimination des fronces dans l'industrie aéronautique, le nettoyage de monuments historiques et la décontamination d'installations nucléaires. Ces systèmes de nettoyage laser sont équipés d'une tête laser, d'optiques et de miroirs galvaniques permettant de produire des faisceaux de différentes formes. Un faisceau linéaire est généralement utilisé, mais pour étendre l'application de ces systèmes de nettoyage laser au nettoyage de surfaces infectées par des bactéries et augmenter la densité énergétique du faisceau, il est possible de générer un spot circulaire. En termes de taux de répétition et de puissance moyenne, les spécifications sont compatibles avec les paramètres du laser Nd:YAG de Lumonics, mentionnés dans le tableau 1.
La figure 4 présente le système de nettoyage laser d'Allied Scientific Pro. Il s'agit d'un système de 100 watts fonctionnant à une longueur d'onde de 1030 nm, appelé Laser Blast 100.
Figure 4 : Système Laser Blast 100 d'Allied Scientific Pro
Les opérations de nettoyage des surfaces métalliques contaminées dans l'industrie agroalimentaire pourraient grandement bénéficier d'un système de nettoyage laser tel que celui présenté ci-dessus. Ce système est beaucoup plus rapide et efficace que les méthodes traditionnelles utilisant des moyens mécaniques et chimiques.
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Références :
- Élimination des bactéries adhérentes des surfaces par des faisceaux laser pulsés, A.K.Sadoudi, et. Al, Letters in applied microbiology 1997, 24, 177-179, 1996.
- Activités bactériennes comparatives de lasers fonctionnant à sept longueurs d'onde différentes, I.A. Watson et.al, Journal of biomedical optics 1(4), 466-472 (octobre 1996)