Cet article examine différentes technologies ultraviolettes basées sur des lampes à arc, utilisées pour inactiver des agents pathogènes tels que les virus et les bactéries. Une attention particulière est accordée au virus SARS-CoV-2. Originaire de Wuhan, en Chine, ce virus s'est propagé très rapidement dans le monde entier et, depuis mars 2020, l'Organisation mondiale de la Santé l'a déclaré pandémique. En mai 2021, on comptait plus de 150 millions de cas confirmés et plus de 3 millions de décès dus à ce virus. Bien que le SARS-CoV-2 soit zoonotique par nature, il peut se transmettre par contact interhumain. Les gouttelettes générées par une personne infectée et en suspension dans l'air lors de la toux, des éternuements, de l'expiration ou de la parole peuvent être inhalées par d'autres personnes et les infecter. Le virus peut survivre sur des surfaces comme le plastique et l'acier pendant 72 heures et sur du carton pendant 24 heures. Bien que la vaccination soit en cours, une technologie permettant d'inactiver le virus sur les surfaces contaminées est nécessaire. La figure 1 montre la dispersion de gouttelettes contenant le virus par une personne infectée.
Figure 1 : Excrétion de gouttelettes contenant le virus par une personne infectée
Compte tenu de la transmission rapide du virus SARS-CoV-2 et du long calendrier nécessaire pour vacciner l'ensemble de la population, il est nécessaire d'utiliser une technologie efficace pour désinfecter autant que possible les surfaces. Les chambres d'hôpital occupées par des patients infectés et les transports en commun sont des endroits où l'on peut trouver de fortes concentrations du virus.
Bien que l'utilisation de désinfectants chimiques et d'alcools soit recommandée pour activer le virus SARS-CoV-2, la désinfection de grandes surfaces infectées par le virus est un processus laborieux qui nécessite un contact direct avec les surfaces et, par conséquent, ces méthodes sont inefficaces. La technologie UVC, qui occupe la région de 200 à 280 nm du spectre UV, est utilisée depuis de nombreuses années pour la désinfection des virus et des bactéries. Elle est nettement moins laborieuse que le nettoyage chimique et ne nécessite pas de contact étroit avec les surfaces contaminées. La figure 2 montre le spectre d'action du virus superposé au spectre UVC.
Figure 2 : Le spectre d'action du virus est superposé au spectre UV
Comme le montre la figure 2, le pic du spectre d'action germicide se situe à 265 nm et tout rayonnement dans la gamme UVC (250-280 nm) pourrait être très efficace pour tuer les agents pathogènes. La queue du spectre d'action germicide s'étend aussi dans la région UVB. Le rayonnement UVC détruit le code ADN et ARN des agents pathogènes, et les dommages photochimiques causés à l'ADN et à l'ARN du virus perturbent sa réplication.
Nous examinons maintenant trois technologies de lampes UVC à décharge et leur efficacité à désinfecter le virus SARS-CoV-2.
La première lampe à décharge à arc dont il est question est la célèbre lampe à arc au mercure dont la principale raie spectrale d'émission se situe à 254 nm. L'utilisation de cette lampe permet d'inactiver le virus, qu'il soit humide ou sec. Les dommages photochimiques causés par ce rayonnement à l'acide nucléique du virus perturbent sa réplication. Dans une étude, le virus SARS-CoV-2 a été appliqué sur des boîtes de culture tissulaire en plastique, humides ou sèches, et un rayonnement UVC à 254 nm, d'une irradiance de 0,849 mW/cm², a été appliqué à des durées variables allant de 0,8 à 120 secondes. L'étude a révélé qu'une exposition de 0,8 seconde n'a permis qu'une inactivation partielle du virus, tandis qu'une inactivation complète (en dessous du seuil de détection) a été obtenue avec 9 secondes d'exposition pour le virus séché et 4 secondes pour le virus humide. Il est à noter que cette étude a été réalisée en laboratoire dans des conditions contrôlées. En situation réelle, l'humidité, la présence de surfaces texturées et d'aérosols peuvent altérer l'efficacité de ce rayonnement pour l'inactivation du SARS-CoV-2. Il est également à noter que la composition des gouttelettes respiratoires en conditions réelles pourrait être différente de celle observée en laboratoire. D'autres gouttelettes, comme le mucus, peuvent également absorber les rayons UVC et réduire l'efficacité de ce rayonnement pour l'inactivation du SARS-CoV-2. Finalement, il est important de mentionner que le rayonnement de 254 nm est dangereux pour les yeux et la peau. Par conséquent, la lampe ne doit être allumée que lorsque le lieu est vide. Si des personnes sont présentes pendant que la lampe est allumée, elles doivent se protéger les yeux avec du verre normal et la peau exposée avec un tissu épais. Un exemple de protection oculaire et cutanée appropriée est présenté à la figure 3.
Figure 3 : Protection des yeux et de la peau exposée contre le rayonnement UVC de 254 nm
La deuxième lampe à décharge à arc présentée est la lampe excimère avec un rayonnement UVC lointain de 207 à 222 nm². Bien que l'efficacité germicide de cette gamme de rayonnement soit réduite par rapport à la longueur d'onde maximale du spectre d'action de 265 nm (et également par rapport au rayonnement de 254 nm d'une lampe à mercure conventionnelle), l'utilisation de la lampe excimère permet de désinfecter les lieux publics sans protection. En effet, le rayonnement de cette gamme a une très faible profondeur de pénétration, de l'ordre de quelques microns, et est très fortement absorbé par les protéines via les liaisons peptidiques et d'autres molécules. Par conséquent, le rayonnement ne peut pas pénétrer profondément dans la peau ou les yeux, car il est absorbé par les couches externes des cellules mortes et ne peut pas endommager les cellules vivantes en profondeur dans la peau ou les yeux². Plusieurs chercheurs ont proposé l'utilisation de ce rayonnement à la place des lampes au mercure conventionnelles, et des études ont montré que ce rayonnement pourrait également désinfecter les surfaces du SARS-CoV-2 ou de virus similaires à génome bêta². La figure 4 montre une lampe UVC lointaine avec une émission de 222 nm.
Figure 4 : Lampe UVC lointaine avec émission à 222 nm. Cette lampe a été fabriquée par la compagnie Ushio3.
La dernière technologie de lampe abordée dans cet article est la lampe au xénon pulsé, qui émet un rayonnement à large bande de 200 à 700 nm4. Des études ont montré que le rayonnement pulsé surpasse largement le rayonnement CW pour la désinfection des solutions liquides et des surfaces5. De toute évidence, ce rayonnement à large bande, composé d'UVC, d'UVB, d'UVA et de lumière visible, reste dangereux pour les yeux et la peau, et une protection adéquate est nécessaire. Une étude4 a montré que le rayonnement UV pulsé à large spectre est efficace pour inactiver le SARS-CoV-2 sur de multiples surfaces extérieures à l'organisme vivant. Le dispositif UV à large bande utilisé dans l'étude4 était composé de deux lampes au xénon à haute énergie produisant un spectre UV-VIS à large bande de 200 à 700 nm. Une fois activé, l'appareil produisait une impulsion de 2 ms toutes les 6 secondes pendant une durée maximale de 30 minutes. La lampe était placée au centre d'une enceinte de biosécurité, la surface infectée étant à 1 mètre de la lampe. Voici les résultats des tests :
· Pour les surfaces dures et non poreuses telles que le verre et le plastique, une exposition de 5 minutes (dose de 17,2 mj/cm2) était suffisante pour obtenir une réduction de 3 log 10 du virus infectieux récupéré sur les surfaces.
· Une exposition de 10 minutes (dose de 34,9 mj/cm2) a été suffisante pour réduire le virus infectieux à des limites indétectables pour le verre et le plastique tandis que pour l'acier inoxydable, une exposition de 15 minutes (52,5 mj/cm2) était nécessaire pour avoir le même effet.
· Pour les masques N95, une exposition de 30 minutes (dose de 103 mj/cm2) était nécessaire pour réduire le virus à des niveaux indétectables.
La figure 5 montre une lampe au xénon à large bande en action dans une chambre d’hôpital.
Figure 5 : Lampe désinfectante au xénon pulsé dans une chambre d'hôpital
Références :
1- Inactivation rapide et complète du SARS-CoV-2 par irradiation ultraviolette-C, N.Strom et.al, Scientific reports, (2020) 10:22421
2- La lumière UVC lointaine (222 nm) inactive efficacement et en toute sécurité les coronavirus humains en suspension dans l'air, M. Buonanno et.al, Scientific reports, (2020) 10:10285
4- La lumière UV pulsée à large spectre inactive efficacement le SARS-CoV-2 sur plusieurs surfaces et matériaux N95, A.S. Jureka et.al, Viruses 2021, 13, 460
5- Comparaison des sources de lumière ultraviolette pulsée et continue pour la décontamination des surfaces, K.McDonald et.al, IEEE Xplore (2002)