La région UV du rayonnement électromagnétique s'étend de 200 à 400 nm et se divise en UVA (320 à 400 nm), UVB (290 à 320 nm) et UVC (200 à 290 nm). En dessous de 200 nm, le rayonnement est absorbé par les molécules d'air ; c'est pourquoi on parle d'ultraviolet du vide, car il faut créer un vide pour observer le rayonnement. La couche d'ozone absorbe complètement la région UVC de la Terre et partiellement les UVA et UVB. Environ 80 % des UVA et 20 % des UVB atteignent la surface de la Terre. Les bactéries et les virus n'ont pas été exposés au rayonnement UVC naturel ; les UVC peuvent donc agir comme un rayonnement germicide qui décompose leur ADN et les empêche de se multiplier. La figure 1 illustre les trois régions du rayonnement UV.
Figure 1 : Les trois régions UV sont représentées à côté de la partie visible du rayonnement électromagnétique.
Il est bien connu que les virus sont des parasites liants qui se lient aux cellules hôtes et ne peuvent se multiplier sans leur soutien (Référence 1). Dans tout environnement, différentes surfaces peuvent être contaminées par contact avec des fluides corporels infectés par le virus ou des particules d'aérosol émises par les éternuements et la toux et se déposant sur ces surfaces. Le virus survit quelques heures sur la surface, jusqu'à ce qu'il trouve un hôte approprié : une autre personne touche cette surface, puis se touche la bouche, le nez ou les yeux. Récemment, plusieurs épidémies ont été causées par de nombreux virus, tels que le virus de l'hépatite, le virus du Nil occidental, l'entérovirus (lié aux intestins), le virus respiratoire aigu sévère (SRAS) et, plus récemment, la COVID-19, qui a provoqué une pandémie mondiale. Les virus entériques et le SRAS sont les plus menaçants et constituent des menaces majeures pour la santé publique. La capacité de ces virus à se propager par contact interpersonnel étroit et également par les gouttelettes lorsqu'une personne touche une surface contaminée par des gouttelettes infectées, puis se touche le visage, les rend très dangereux. La figure 2 illustre le scénario d'une infection par contact avec une surface contaminée par des gouttelettes.
Figure 2 : Comment le virus se transmet à partir d'une surface contaminée
De nombreuses mesures peuvent être prises pour contrôler la propagation de maladies virales telles que le SRAS-CoV, apparu en 2003, et le SRAS-CoV-2 (COVID-19), actuellement présent, en désinfectant les surfaces sur lesquelles ces virus se trouvent. Ces mesures peuvent inclure le chauffage de la surface pour la stériliser, l'utilisation de désinfectants chimiques comme le Lysol et l'irradiation germicide aux ultraviolets (UVGI). Cependant, les deux premières méthodes peuvent potentiellement endommager les surfaces, car certaines ne peuvent pas être stérilisées par la chaleur et les solutions chimiques peuvent aussi les endommager. Contrairement aux deux premières méthodes, l'UVGI s'est montrée efficace pour la désinfection, sans endommager les surfaces. Le pic d'absorption d'une molécule d'ADN est d'environ 264 nm. L'utilisation d'une lampe à mercure émettant à 253,7 nm génère des dimères qui peuvent interférer avec la duplication de l'ADN et détruire les acides nucléiques, ce qui détruit efficacement les virus (référence 1). La figure 3 montre une lampe désinfectante au mercure en action.
Figure 3 : L'irradiation d'un virus par une lampe au mercure tue le virus (Référence 2)
Les virus peuvent être divisés en quatre groupes : ARN simple brin (ARNss), ADN simple brin (ADNss), ARN double brin (ARNdd) et ADN double brin (ADNdd). Une étude a montré que les versions double brin d'ARN et d'ADN sont moins sensibles à la décontamination UV que les versions simple brin et nécessitent une irradiation UV deux à trois fois supérieure à celle des versions simple brin pour être désactivées (référence 1). La dose de rayonnement et le taux d'humidité jouent aussi un rôle. Pour calculer la dose de rayonnement, l'irradiance à une distance donnée est multipliée par le temps d'exposition en secondes (référence 3), comme indiqué ci-dessous.
Dose UV (J/cm2) = Irradiance (W/cm2) * Temps (s)
Il s'avère qu'une dose de 2 à 5 mJ/cm² réduit la population virale de 90 % (Référence 1, référence 4). Par exemple, pour une lampe d'une irradiance de 200 mW/cm² à 3 mètres de distance, il faudra de 10 à 25 secondes pour désinfecter une surface à 3 mètres. L'augmentation de l'humidité réduit également l'efficacité de la désinfection UV, car l'étude a révélé qu'avec une humidité de 85 %, il était plus difficile de désinfecter la surface qu'avec une humidité de 55 % (Référence 1). Cela pourrait être dû à l'absorption du rayonnement UV par l'eau recouvrant la surface, ce qui réduit la dose qui atteint le virus pour le désactiver.
Outre la désinfection des surfaces, les lampes germicides UV ont aussi été utilisées pour nettoyer masques N95et du matériel hospitalier. En raison de la pandémie actuelle, il y a une pénurie de masques N95 et une stratégie consiste à les réutiliser en les désinfectant aux UVG. La figure 4 illustre une telle configuration dans une chambre d'hôpital (référence 4).
Figure 4 : Désinfection UV des masques N95 à l’aide d’une lampe germicide UV (référence 4)
Dans ce projet, deux puissants systèmes UVGI, chacun doté de huit lampes à mercure de 34 watts émettant à 254 nm, ont été placés aux sommets opposés d'un losange, distants de 2,4 mètres. Des fils ont été tirés sur la plus grande diagonale du losange, longue de 4 mètres, et des filtres N95 y ont été suspendus. Les unités devaient fournir 200 mW/cm² à une distance de 3 mètres. Un détecteur UV, illustré à droite de la figure, mesurait 400 mW/cm² pour les deux unités. Une dose de 800 à 1 200 mJ/cm², nécessitant 15 à 20 minutes d'irradiation, a suffi à désinfecter les masques avant leur réutilisation.
Outre les lampes à décharge telles que les lampes au mercure (254 nm) et les lampes au xénon pulsé (200-320 nm, UVC-UVB) à impulsions millisecondes, les panneaux DEL UV sont également utilisés pour la désinfection et l'élimination des bactéries et des virus. Des DEL UV à 266, 270, 275 et 279 nm ont été fabriquées et utilisées pour éliminer les bactéries dans les aliments (référence 5). Les DEL UV présentent quelques avantages par rapport aux lampes à décharge :
- La longueur d'onde n'est pas fixe (254 nm pour une lampe à mercure) et peut être personnalisée. Certaines longueurs d'onde, comme 260 nm, sont plus efficaces pour tuer les bactéries et les virus.
- Les lampes à décharge ont une faible activité dans les environnements réfrigérés
- Risque d'exposition au mercure
Cependant, les lampes à décharge sont généralement plus puissantes et pour décontaminer une chambre d'hôpital spacieuse, elles sont préférées aux panneaux LED.
Le rayonnement UVC est dangereux pour la peau et les yeux. Les locaux doivent être complètement évacués pendant les opérations de désinfection. Si les lampes UV sont utilisées par le personnel, celui-ci doit porter un équipement de protection individuelle (EPI) approprié pour protéger sa peau et ses yeux. Il pourrait être plus simple d'utiliser un robot pour déplacer la lampe UVC dans la pièce afin de désinfecter les surfaces et d'éviter tout danger pour les opérateurs humains.
Allied Scientific Pro a lancé une gamme de lampes germicides UVC montées sur robot, très utiles. La figure 5 illustre un de ces produits.
Figure 5 : Lampe germicide UVC robotisée proposée par Allied Scientific Pro
Le lien suivant contient plus d'informations sur ce type de produits.
References:
1- Inactivation des virus sur les surfaces par irradiation germicide ultraviolette, Chun-Chieh Tseng et.al, Journal of occupational and environmental hygiene, 4, 2007.
2-https://memoori.com/ can-uv-light -kill- coronavirus- in-our- contaminated-buildings/
3- Irradiation germicide ultraviolette des masques respiratoires filtrants N95 contaminés par la grippe,
Devin Mills et al., American Journal of infection control, 46 (2018)
4- Masque respiratoire filtrant N95 Procédé UVGI pour décontamination et réutilisation, médecine du Nebraska, 2020.
5- Utilisation de diodes électroluminescentes UVC à des longueurs d'onde de 266 à 279 nm pour inactiver les agents pathogènes d'origine alimentaire et le fromage en tranches pasteurisé, Soo-Ji Kim et.al, Applied and Environmental Microbiology, volume 82, numéro 1, 2016.
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