Introduction : Le besoin croissant de lutte contre les pathogènes

À une époque où les maladies infectieuses mettent en péril les systèmes de santé publique à l'échelle mondiale, la demande de méthodes de désinfection fiables et sans produits chimiques n'a jamais été plus élevée. Les techniques de nettoyage traditionnelles – avec des surfaces de lavage avec désinfectants chimiques ou par la chaleur – sont souvent insuffisantes pour atteindre tous les coins ou nécessiter des processus longs. La lumière ultraviolette-C (UV-C) est apparue comme un puissant outil scientifiquement soutenu pour inactiver les agents pathogènes dans l'air, sur les surfaces et dans l'eau.

L'histoire de la lumière UV comme désinfectant remonte à plus d'un siècle. Niels Finsen a remporté le prix Nobel en 1903, pour avoir utilisé la lumière UV pour traiter le lupus vulgaris, et dans les années 1930, des lampes UV ont été installées dans certaines salles d'école pour réduire la transmission de la rougeole. Aujourd'hui, les progrès de la technologie de la lampe et de la conception de la sécurité ont rendu les UV-C plus accessibles que jamais. Pourtant, de nombreuses idées fausses subsistent quant à son fonctionnement, à ce qu'il peut et ne peut pas faire, et comment l'utiliser sans nuire aux personnes ou aux matériaux.

Comprendre la lumière UV-C

Spectre électromagnétique et lumière ultraviolette

La lumière ultraviolette (UV) est une forme de rayonnement électromagnétique dont les longueurs d'onde sont plus courtes que la lumière visible et plus longues que les rayons X. Le spectre UV est divisé en trois bandes :

  • UV-A (315–400 nm): Non absorbé par la couche d'ozone; responsable du bronzage et du vieillissement de la peau; faiblement germicide.
  • UV-B (280–315 nm): Partiellement absorbé par l'ozone; cause des coups de soleil et contribue au cancer de la peau; a un effet germicide.
  • UV-C (200-280 nm): Presque complètement absorbé par la couche d'ozone et l'atmosphère de la Terre; très germicide, au centre de la technologie de désinfection.

Les UV-C naturels de la Terre n'atteignent pas la surface, c'est pourquoi la vie a évolué sans défense naturelle contre elle. Des sources artificielles doivent être créées pour exploiter sa puissance stérilisatrice. La longueur d'onde la plus biocide dans la gamme UV-C est d'environ 254 nm, émise par des lampes à mercure basse pression. Plus récemment, les longueurs d'onde lointaine-UV-C autour de 222 nm (émitées par des lampes à excimère de chloronaphtalène) ont gagné en attention parce qu'elles pénètrent moins dans la peau et les yeux humains, mais sont encore fortement absorbées par des agents pathogènes.

Sources artificielles UV-C

Trois principaux types de sources artificielles UV-C sont utilisés aujourd'hui :

  • Lampes à basse pression au mercure[: Le type le plus ancien et le plus courant. Elles émettent principalement à 253,7 nm et sont efficaces pour la désinfection continue dans les gestionnaires d'air, les stations de traitement de l'eau et les désinfectants de surface.
  • : Produire un spectre plus large (200–600 nm) avec une intensité plus élevée. Utile lorsque l'exposition rapide à haute dose est nécessaire, comme dans le traitement industriel de l'eau.
  • UV‐C LED[: Dispositifs à l'état solide qui émettent à une longueur d'onde choisie (souvent 265-280 nm). Ils sont plus petits, plus durables et sans mercure, mais actuellement moins puissants. Leur utilisation se développe dans les appareils portables et les produits de consommation.
  • Lampes au xénon pulsées: Produire des éclats intenses et courts d'UV‐C à large bande. Trouvés dans des robots de désinfection de salle sans contact utilisés dans les hôpitaux.

Chaque source a des compromis en termes de coûts, de durée de vie, d'efficacité et de sécurité. Le choix dépend de l'application, de la dose requise et de l'environnement.

Comment les UV-C inactivent les agents pathogènes

Mécanisme d'action : dommages causés par l'ADN et l'ARN

Lorsqu'un micro-organisme est exposé aux photons UV-C, l'énergie est absorbée par les bases azotées, principalement la thymine dans l'ADN et l'uracile dans l'ARN. Cette absorption provoque la formation de bases adjacentes pour former des liaisons covalentes anormales, appelées pyrimidine dimères (habituellement la thymine-thymine ou l'uracile dimères). Ces dimères déforment la forme de la molécule d'ADN ou d'ARN, empêchant la transcription et la réplication. La cellule ne peut pas produire de protéines essentielles et ne peut pas se diviser, entraînant une défaillance métabolique et la mort. Dans certains cas, les dommages sont si importants que l'organisme meurt immédiatement; dans d'autres, il demeure métaboliquement actif pendant un court laps de temps, mais il est incapable de se reproduire, un état appelé --non-viable.

Contrairement aux désinfectants chimiques, les UV-C ne laissent pas de résidus ou exigent un mélange.Elle agit uniquement par des moyens photochimiques. L'effet est cumulatif : une exposition plus longue ou une intensité plus élevée délivre une dose de UV plus élevée (mesurée en mJ/cm2), et la réduction log-log des agents pathogènes suit une courbe prévisible.La plupart des bactéries sensibles ont besoin d'une dose de 2 à 20 mJ/cm2 pour une réduction de 99,9 %, tandis que d'autres organismes résistants (p. ex. spores bactériennes, moisissure) peuvent avoir besoin de 50 à 400 mJ/cm2.

Mécanismes de réparation et limitations

Certains microorganismes possèdent des enzymes de réparation, la photolyase, qui peuvent inverser la dimérisation de la pyrimidine lorsqu'ils sont exposés à la lumière visible (photoréactivation), ce qui signifie qu'après l'exposition aux UV-C, si les organismes sont par la suite exposés à la lumière du soleil ou à certaines lumières artificielles, ils peuvent retrouver leur viabilité. Pour surmonter cette situation, les systèmes UV-C utilisent souvent des doses suffisamment élevées pour surcharger leur capacité de réparation, ou ils combinent les UV-C avec d'autres barrières comme la filtration.

Sensibilité des différents micro-organismes

Tous les agents pathogènes ne sont pas aussi sensibles. L'ordre de résistance typique, de la plupart à la moindre sensibilité, est :

  • Bactéries végétatives et la plupart des virus (p. ex. grippe, coronavirus)
  • Spores fongiques et certains virus rustiques (par exemple, norovirus, adénovirus)
  • Spores bactériennes (p. ex., Bacillus subtilis, Clostridium difficile)
  • Prions (non inactivés par UV-C; nécessitent d'autres méthodes)

Cela signifie que même si les UV‐C sont excellents pour la désinfection courante des surfaces et de l'air fréquemment touchés, les applications impliquant des spores peuvent nécessiter des temps d'exposition plus longs ou des intensités plus élevées.

Facteurs influant sur l'efficacité des UV-C

L'efficacité d'un système de désinfection UV‐C dépend davantage que de la sortie de la lampe. Plusieurs facteurs environnementaux et opérationnels doivent être contrôlés :

  • Intensité et dose: Dose = intensité × temps. L'intensité inférieure peut être compensée par une exposition plus longue, mais les contraintes de temps pratiques limitent souvent cette durée dans les espaces occupés ou en circulation continue.
  • Distance de la source: Les UV‐C suivent la loi inverse du carré; le doublement de la distance réduit l'intensité à un quart. La lampe doit être placée assez près des surfaces cibles.
  • Caractéristiques de la surface: Les surfaces lisses, non poreuses et propres reflètent mieux les UV-C et permettent une exposition directe.L'ombrage — par débris, poussières ou géométries complexes — prévient la pénétration.
  • Propriétés de l'air et de l'eau[: Dans l'air, les particules de poussière peuvent protéger les microorganismes; dans l'eau, la turbidité (clodité) absorbe les UV-C avant qu'elles n'atteignent les agents pathogènes.
  • Température et humidité: Les lampes à mercure à basse pression ont une puissance optimale aux températures de 20 à 40 °C; le froid extrême ou la chaleur peut réduire l'efficacité.
  • L'âge et la propreté de la lampe: La sortie de la lampe se dégrade avec le temps, et la poussière sur l'enveloppe de la lampe réduit la transmission.

Pour ces raisons, les tests de validation (par exemple, avec des dosimètres ou des indicateurs biologiques) sont essentiels lors du déploiement de systèmes UV‐C dans des environnements professionnels.

Applications de la désinfection UV-C

Désinfection par l'air: UVGI chambre supérieure

L'une des applications les plus bien établies est l'irradiation par rayonnement ultraviolet dans la chambre haute (UVGI). Les installations montées haut sur les murs ou les plafonds dirigent les UV-C dans l'espace supérieur de l'air (au-dessus de la hauteur humaine). La circulation de l'air, convection naturelle ou ventilation mécanique, transporte des agents pathogènes dans la zone irradiée, où ils sont inactivés. Cette approche a été utilisée efficacement dans les cliniques antituberculeuses, les refuges pour sans-abri et les écoles.

Traitement de l'eau

L'eau coule au-delà des lampes UV-C à l'intérieur d'un manchon à quartz protecteur; la dose et le débit sont étalonnés pour inactiver les bactéries, les virus et les protozoaires (p. ex. Giardia, Cryptosporidium sont résistants au chlore mais sensibles aux UV-C. La désinfection à l'eau UV-C n'introduise pas de sous-produits chimiques, ce qui en fait une méthode privilégiée pour de nombreuses applications, des purificateurs à dos aux grandes usines municipales.

Désinfection de surface dans les soins de santé

Après la décharge du patient, les robots UV-C ou les appareils fixes peuvent être déployés pendant 10 à 30 minutes par pièce. Des études ont montré des réductions significatives dans Clostridium difficile, MRSA et d'autres pathogènes nosocomiaux sur des surfaces à haute toucher. Cependant, le shadowwing reste le plus grand défi[—les objets comme les barres de lit, les tables et les moniteurs doivent être positionnés pour permettre la visibilité en ligne. Certains systèmes utilisent plusieurs lampes ou têtes tournantes pour minimiser les ombres.

Alimentation et agriculture

Les UV‐C sont de plus en plus utilisés pour la décontamination des surfaces de contact avec les aliments, l'emballage et même les produits frais. De faibles doses peuvent réduire les microorganismes de détérioration des fruits et légumes sans laisser de résidus chimiques. Dans les usines de transformation, les tunnels UV‐C traitent les bandes transporteuses et les outils.

Systèmes CVC et poignées d'air

Les lampes UV-C installées dans les unités de traitement de l'air (AHU) ou les conduits irradient l'air et les bobines en mouvement. Non seulement cela tue les agents pathogènes atmosphériques, mais empêche également la croissance des moules et des biofilms sur les bobines de refroidissement, améliorant ainsi l'efficacité énergétique.De nombreux bâtiments commerciaux intègrent maintenant les UV-C dans leur conception de CVC comme mesure proactive, surtout après la pandémie de COVID-19, ce qui souligne l'importance de la qualité de l'air intérieur.

Sécurité et précautions

La lumière UV‐C est dangereuse pour les humains et les animaux. Une exposition directe à la peau peut causer des érythèmes (brûlures de type ronflement) et accélérer le vieillissement de la peau; une exposition aux yeux peut causer des photokératis (semblable à un flash de -soudeur) et éventuellement des cataractes. Pour cette raison, tout l'équipement UV‐C doit être conçu avec des dispositifs de verrouillage de sécurité, des dispositifs de protection ou des capteurs d'occupation.

Certaines lampes UV-C, en particulier les lampes à mercure à moyenne pression et certaines lampes à excimère, émettent des longueurs d'onde inférieures à 240 nm qui produisent de l'ozone à partir de l'oxygène atmosphérique. L'ozone est un irritant pulmonaire et peut causer des problèmes respiratoires. Dans la plupart des lampes modernes de désinfection, la production d'ozone est réduite en utilisant des enveloppes à quartz qui filtrent les longueurs d'onde plus courtes ou en utilisant des LED UV-C qui ne produisent pas d'ozone.

La dégradation des matériaux est également une considération pratique en matière de sécurité. L'exposition prolongée aux UV-C peut endommager les plastiques, le caoutchouc, les peintures et certains métaux, causant une décoloration, une fragilité ou une corrosion dans les matériaux sensibles.

Comparaison avec d'autres méthodes de désinfection

Les désinfectants chimiques (blanchiment, peroxyde d'hydrogène, composés quaternaires d'ammonium) sont efficaces mais nécessitent un mélange approprié, des temps de contact et peuvent laisser des résidus nocifs. Ils contribuent également aux déchets chimiques et peuvent endommager les surfaces au fil du temps. La stérilisation thermique (autoclave) est excellente pour les articles qui résistent à des températures élevées, mais elle est peu pratique pour les surfaces de la pièce ou l'air.

UV‐C offre plusieurs avantages :

  • Aucun produit chimique – Aucun résidu, aucune manipulation de solutions dangereuses.
  • Rapid – Deuxième à minute pour une exposition à une surface unique; minutes pour l'échelle de la pièce.
  • Broad-spectrum – Efficace contre les bactéries, les virus, les champignons et les protozoaires (sauf les prions).
  • Non toxique – Lorsqu'il est utilisé correctement, aucune toxicité résiduelle pour l'homme après l'extinction de la lampe.

Les inconvénients comprennent le manque de pénétration, les effets d'ombre, la nécessité d'un entretien régulier et le coût initial des immobilisations.

Limites et défis

Malgré sa puissance, les UV-C ont des limites claires. Le fardage est la plus critique—toute surface qui ne se trouve pas en ligne directe de vue de la lampe ne sera pas désinfectée. Cela rend les UV-C inadaptés aux environnements complexes et encombrés sans placement prudent.

La dose doit être précise. Trop peu de doses ne sont pas inactives; trop peuvent endommager les matériaux ou les déchets d'énergie. L'étalonnage et la validation nécessitent une expertise. La surveillance réglementaire varie selon les pays – certains exigent que les appareils UV-C soient homologués comme dispositifs médicaux ou produits antiparasitaires.

La perception et l'utilisation abusive du public constituent un autre défi.Au cours de la pandémie de COVID-19, des baguettes UV‐C non vérifiées et des appareils portatifs ont inondé le marché, beaucoup produisant des doses inadéquates ou émettant des UV‐A/B nuisibles.

Innovations récentes: Far‐UV‐C et au-delà

Une frontière prometteuse est far‐UV‐C, en particulier 222 nm (lampes à excimère krypton‐chlorine) et 207 nm (krypton‐brome). Parce que la couche de la peau humaine (stratum corneum) et la couche de la déchirure de l'œil absorbent fortement la couche de la peau (l'excimère) et ne peuvent pénétrer dans les cellules vivantes. Des recherches précoces suggèrent que la couche de la peau humaine (trampton‐chlorine‐brome) peut être utilisée en toute sécurité dans les espaces occupés sans causer de dommages à la peau ou aux yeux, tout en étant très germicide.

L'intégration de l'Internet des objets permet la surveillance à distance et l'enregistrement des doses. L'efficacité des LED UV-C s'améliore, ouvrant la voie à de petits désinfectants alimentés par piles pour l'électronique grand public et les appareils médicaux portables. La convergence des contrôles à distance et intelligents pourrait bientôt rendre les UV-C aussi standard que l'éclairage dans les bâtiments publics.

Conclusion

La lumière UV-C est une technologie scientifiquement robuste et polyvalente pour activer une large gamme d'agents pathogènes. En endommageant l'ADN ou l'ARN de microorganismes, elle fournit une solution sans produit chimique, rapide et à large spectre pour la désinfection de l'air, de l'eau et de la surface. Son efficacité dépend toutefois d'un dosage approprié, d'une exposition à la lumière et de protocoles de sécurité.