Ultraviolet

Ultraviolets des lampes fluorescentes, une source commune artificielle, des rayons UVA. Le rayonnement de ces lampes déborde dans le haut du spectre de la lumière visible, ce qui donne la couleur violette qu’on observe. Il existe également des lampes UV de laboratoire, qui sont équipées d’un filtre pour supprimer la partie visible de leur spectre.

Le rayonnement ultraviolet (UV), également appelé lumière noire parce qu’il n’est pas visible à l’œil nu, est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde plus courte que celle de la lumière visible, mais plus longue que celle des rayons X. Il ne peut être observé qu’indirectement, soit par fluorescence, soit à l’aide de détecteurs spécialisés.

Le nom signifie au-delà du violet (du latin ultra : « au-delà de »), le violet étant la couleur de fréquence la plus élevée de la lumière visible.

Les ultraviolets ont été découverts en 1801 par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter d'après leur action chimique sur le chlorure d'argent.

Les ultraviolets peuvent être subdivisés, selon leur longueur d'onde en: UV proches (380-200 nm) et ultraviolets extrêmes (200-10 nm).

Les ultraviolets sont la cause du bronzage mais, à haute dose, sont nocifs pour la santé humaine; ils peuvent provoquer des cancers cutanés tel que le mélanome, provoquer un vieillissement prématuré de la peau (rides), des brûlures (coup de soleil), des cataractes. Ils sont néanmoins nécessaires à petites doses régulières pour la synthèse de la vitamine D ; Ils sont capables de "casser" de nombreuses molécules organiques en suspension dans l'air ou dans les eaux superficielles, participant à la destruction (photodégradation) de certains polluants ou de molécules odorantes (parfums des fleurs par exemple), mais aussi à la pollution photochimique (Ozone troposphérique, NOx...).

Généralités

Cette plante de l'espèce Rheum nobile peut pousser à très haute altitude grâce à un capuchon de feuilles translucides qui fait effet de serre et la protège du froid et des UV-B qui sont les principaux facteurs limitants de la vie à cette altitude.

Près de 5 % de l'énergie du Soleil est émise sous forme de rayonnement UV. Ces rayons UV sont classés dans trois catégories en fonction de leur longueur d'onde : les UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) et UV-C (280-100 nm). Toutefois, en raison de l'absorption des UV par la couche d'ozone de l'atmosphère, 99 % de la lumière UV qui atteint la surface de la Terre appartient à la gamme des UV-A.

Les UV traversent l'atmosphère même par temps froid ou nuageux (ils n'ont rien à voir avec la sensation de chaleur procurée par le Soleil, qui est due aux infrarouges). Ils sont plus nombreux entre 11 h et 16 h et à haute altitude (car en traversant une plus petite distance dans l'atmosphère, ils ont moins de chances d'être interceptés par des molécules d'ozone). La quantité d'UV-B augmente d'environ 4 % à tous les 300 m de dénivelé. Les UV sont réfléchis par l'eau (5 % des UV réfléchis), le sable (20 % des UV réfléchis), l'herbe (5 % des UV réfléchis) et surtout la neige (85 % des UV réfléchis). Le trou dans la couche d'ozone est potentiellement dangereux en raison de la nocivité importante des ultraviolets. Toutefois, l'Antarctique est touché par ce trou, donc il ne peut avoir un effet que sur un très petit nombre d'être vivants tels que les manchots. L'Arctique est touché depuis peu, suite à l'hiver très froid entre 2010 et 2011.

Dans la majorité de l'Europe, le soleil de midi, le plus agressif, est en été vers 14 h, c'est pourquoi il est déconseillé de s'exposer entre 12 h et 16 h, tout particulièrement à proximité de l'eau ou de la neige qui réverbèrent une partie des UV ou en montagne où les taux d'UV sont plus importants. Les rayons UV donnent des coups de soleil.

Effets sur la santé

Ils sont bons ou mauvais selon la dose et le type de peau, ce pourquoi, la gestion de l'exposition de la peau aux UV est un enjeu de santé publiqueDe Guire L & Drouin L (1992) Les rayons ultraviolets et la santé. Travail et Santé, 8(2), 29-33.

En faible quantité, le rayonnement UV est bénéfique

Il est en effet indispensable à la synthèse de vitamine D.

Les UV servent également à traiter plusieurs maladies, dont le rachitisme, le psoriasis, l’eczéma.

La longueur d'onde d'absorption de la bilirubine se situant à 460 nm, la lumière la plus active pour le traitement de l'ictère se situe dans l'indigo, bleu-violet et non dans l'U.V. contrairement aux idées reçues.

A plus hautes doses, les UV sont carcinogènes et dangereux

Des expositions intenses et/ou prolongées au soleil ou à des rayonnements artificiels (issus par exemple de lampes ou de dispositifs industriels type poste à souder) peuvent provoquer des tumeurs et cancers (phénomène dit de photocarcinogénèse cutanée)

Le rayonnement solaire, en raison de sa charge en UV a lui-même été classé agent cancérigène de classe 1 en 1992 par l'IARC.

Pour l'OMS, 50 à 90% des cancers de la peau sont imputables aux UV solaires, faisant des UV le premier facteur de risque pour les cancers de la peau (mais pas pour les lymphomes malins qui au contraire seraient plutôt moins nombreux chez ceux qui se sont régulièrement mais modérément exposés au soleil ou qui ont séjourné en zone tropicale) ; Les UVB ont longtemps été accusé d'en être les principaux ou seuls responsables, mais une exposition chronique aux UVA ont ensuite également été reconnu comme jouant un rôle dans la photocarcinogénèse cutanée (65% de la cancérogenèse seraient dus aux UVB et 35% aux UVA selon De Laat en 1997.

Les UV sont cause aussi

• des érythèmes actiniques (pouvant évoluer en cancer)
• des cancers oculaires,
• des photo-kératites (ou ophtalmies des neiges en montagne) évoluant en mélanome oculaire si l'exposition est chronique
• des photo-conjonctivites et/ou cataractes ;
• des ptérygions pouvant conduire à une dégénérescence maculaire liée à l'âge ;
• des hyperplasies épidermiques conduisant à un vieillissement prématuré de la peau ;
• des immunodépressions au niveau de la peau (qui seraient une des causes de la photocarcinogénèse selon Matsumura et Ananthaswamy 2004). ).

Indice UV

L'indice UV (ou Index UV) est une échelle de mesure de l'intensité du rayonnement UV du Soleil, et du risque qu'il représente pour la santé.

L'indice UV se décline en cinq catégories, correspondant à un niveau de risque :

• 1 - 2 : Faible : port de lunettes de soleil en cas de journées ensoleillées.
• 3 - 5 : Modéré : couvrez-vous, portez un chapeau et des lunettes de soleil. Appliquez un écran solaire de protection moyenne (indice de 15 à 29) surtout si vous êtes à l’extérieur pendant plus de 30 minutes. Cherchez l’ombre quand le soleil est au méridien.
• 6 - 7 : Élevé : réduisez l’exposition entre 12 h et 16 h. Appliquez un écran solaire de haute protection (indice de 30 à 50), portez un chapeau et des lunettes de soleil et placez-vous à l’ombre.
• 8 - 10 : Très élevé : sans protection, la peau sera endommagée et peut brûler. Évitez l’exposition au soleil entre 12 h et 16 h. Recherchez l’ombre, couvrez-vous, portez un chapeau et des lunettes de soleil, et appliquez un écran solaire de très haute protection (indice + 50).
• 11+ : Extrême : la peau non protégée sera endommagée et peut brûler en quelques minutes. Évitez toute exposition au Soleil et, si ce n’est pas possible, couvrez-vous absolument, portez un chapeau et des lunettes de soleil et appliquez un écran solaire de très haute protection (indice + 50).

Interactions UV-atmosphère

• L'absorption : lors de leur traversée dans l'atmosphère, une partie des rayons UV est absorbée par les molécules de gaz (par les molécules d'oxygène par exemple). Ce phénomène crée de l'énergie capable de provoquer la dissociation de la molécule de gaz en deux autres molécules par exemple.
• La diffusion : les rayons ultraviolets peuvent aussi être diffusés par les molécules de gaz contenues dans l'atmosphère. Sachant que plus un rayon lumineux a une courte longueur d'onde plus il est diffusé (cela explique que nous percevons le ciel en bleu qui est la couleur de la lumière visible avec la plus courte longueur d'onde), on en conclut que les rayons UV sont fortement diffusés par les gouttelettes d'eau des différentes couches nuageuses. Mais cela n’entraîne pas forcément une baisse de l'intensité lumineuse : les nuages hauts n’entraînent pratiquement pas de baisse de l'intensité tandis que les nuages bas diffusent une grande partie des rayons UV vers le haut.
• La réflexion : les rayons UV sont réfléchis par le sol en fonction de la nature du sol. On mesure cette réflexion par une fraction que l'on appelle l'albédo comprise entre 0 et 1. La réflexion est particulièrement forte sur la neige (albédo de 0,9 ; 0,85 en UV).

Différence entre UV-A, UV-B et UV-C

Ces trois types de rayonnements UV sont classés en fonction de leur activité biologique et de leur pouvoir de pénétration de la peau. Ils correspondent à trois plages de longueurs d’onde. Plus le rayonnement UV a une longueur d’onde longue, moins il est nocif (il se rapproche de la lumière visible) mais plus il a un pouvoir de pénétration cutanée important. Quand sa longueur d'onde diminue, il possède plus d'énergie, se rapproche des rayons X et donc est plus destructeur.

UV-A (400-315 nm)

Les UV-A, dont la longueur d’onde est relativement longue, représentent près de 95 % (contradiction avec ce qui est dit plus haut 99 % de la lumière UV qui atteint la surface de la Terre appartient à la gamme des UV-A) du rayonnement UV qui atteint la surface de la Terre. Ils peuvent pénétrer dans les couches profondes de la peau.

Ils sont responsables de l’effet de bronzage immédiat. En outre, ils favorisent également le vieillissement de la peau et l’apparition de rides, en perturbant l'équilibre des synthèses de protéines (en particulier la dégradation du collagène et augmentent la destruction de l'élastine) et dans les cellules ils sont à l'origine de la production de radicaux libres, très dommageables pour celles-ci. Pendant longtemps, on a pensé que les UV-A ne pouvaient être à l'origine de lésions durables. Des études récentes laissent fortement à penser qu’ils pourraient également favoriser le développement des cancers cutanés (ils affectent l'ADN de la cellule).
Les UVA excitent la molécule d'ADN et favorisent des liaisons entre certaines bases notamment quand l’ADN est sous forme de double-hélice, ce qui peut être source de mutations, voire de cancers

Les UVA sont dangereux pour les yeux des enfants dont le cristallin ne joue que partiellement son rôle de filtre. 90 % des UV-A atteignent la rétine chez le nourrisson et encore 60 % avant l'âge de 13 ans. Chez l'adulte de plus de 20 ans, le cristallin arrête les UV-A presque à 100 %.

UV-B (315-280 nm)

Les UV-B, de longueur d’onde moyenne, ont une activité biologique importante, mais ne pénètrent pas au-delà des couches superficielles de la peau, ils sont relativement absorbés par la couche cornée de l'épiderme (mélanine). Une partie des UV-B solaires sont filtrés par l’atmosphère.

Ils sont responsables du bronzage et des brûlures à retardement. Ils sont capables de produire de très fortes quantités de radicaux libres oxygénés dans les cellules de la peau, responsables à court terme des coups de soleil et de l'inflammation. Outre ces effets à court terme, ils favorisent le vieillissement de la peau (en abimant les fibres de collagène) et l'apparition de cancers cutanés.

De fortes intensités d'UV-B sont dangereuses pour les yeux et peuvent causer le « flash du soudeur » ou photokératite, car ils ne sont arrêtés qu'à 80 % par le cristallin de l'adulte. Chez l'enfant, la moitié des UV-B atteignent la rétine des nourrissons et 75 % avant l'âge de 10 ans.^{[réf. nécessaire]}

En revanche, ils peuvent être bénéfiques pour certains types de pathologies de la peau tel que le psoriasis. Ils sont également importants pour la synthèse de vitamine D. Certaines études indiquent en outre que les bénéfices des courtes expositions aux UV-B (10 minutes quelques fois par semaine) seraient plus grands que les risques (voir bronzage).

UV-C (280-100 nm)

Les UV-C, de courte longueur d’onde, sont les UV les plus énergétiques ainsi que les plus nocifs (l'énergie croît quand la longueur d'onde décroît), mais ils sont complètement filtrés par la couche d'ozone de l’atmosphère et n’atteignent donc pas théoriquement la surface de la Terre.

Toutefois, des lampes UV-C sont utilisées en laboratoire de biologie pour les effets germicides, afin de stériliser des pièces ou des appareils (hotte à flux laminaire, par exemple).

La bande spectrale des UV-C est constituée de trois sous-bandes :

• UV-C de 280 à 230 nm.
• V-UV de 200 à 140 nm, c'est-à-dire les UV exploités dans le vide uniquement.
• X-UV de 100 à 140 nm, transitions électromagnétiques entre les UV et les rayons X.

Protection

Pour se défendre contre la lumière UV, le corps, selon le type de peau, réagit aux expositions en libérant le pigment brun de mélanine. Ce pigment absorbe les UV, ce qui permet de bloquer leur pénétration et d'empêcher des dommages aux couches plus profondes et plus vulnérables de la peau. Des antioxydants (vitamines E et C, β-carotène…) peuvent neutraliser les radicaux libres formés par les UV.

Les crèmes solaires contiennent des filtres ultraviolets qui bloquent en partie les UV et aident à protéger la peau. Plus l’indice de protection est élevé, plus le degré de protection est bon. L’indice de protection correspond en réalité au rapport entre le temps nécessaire pour attraper un coup de soleil avec et sans crème solaire. Avec un indice de protection 50, il faudra par exemple 50 fois plus de temps pour attraper un coup de soleil qu’en n’ayant aucune protection. En 1957, les laboratoires RoC inventent le premier écran solaire très haute protection (IP 50+).

Les vêtements et lunettes de soleil arrêtent une partie des UV. Il existe des lotions qui contiennent des filtres ultraviolets bloquant en partie les UV, néanmoins, la plupart des dermatologues recommandent de ne pas prendre de bain de soleil prolongé.

Astronomie

En astronomie, les objets très chauds émettent préférentiellement de la lumière UV (loi de Wien). Toutefois, la même couche d'ozone qui nous protège des UV intenses provenant du Soleil cause des difficultés aux astronomes observant à partir de la Terre. C'est pourquoi la plupart des observations UV sont faites à partir de l'espace.

Utilisation

Les lampes fluorescentes produisent de la lumière UV dans leur tube contenant un gaz à basse pression ; un enduit fluorescent sur l'intérieur des tubes absorbe les UV qui sont ensuite réémis sous forme de lumière visible.

Les lampes halogènes produisent également des UV et ne doivent pas être utilisées sans leur verre de protection.

Par longueur d'onde:

• 13.5 nm: Lithographie par ultraviolets extrêmes
• 230-365 nm: suivi de balises sur les produits, code-barres
• 230-400 nm: détecteurs optiques, instrumentation diverse
• 240-280 nm: Désinfection, assainissement d'eau et de surfaces (son absorption par ADN atteignit son comble à 260 nm), effaceur d'EPROM
• 200-400 nm: Science forensique, dépistage de drogues
• 270-360 nm: Analyse de protéines, séquençage de l'ADN, recherches pharmaceutiques
• 280-400 nm: Imagerie médicale des cellules
• 300-320 nm: Luminothérapie
• 300-365 nm: Séchage de polymères d'encres
• 300-400 nm: Éclairage à semi-conducteurs
• 350-370 nm: Piège à insectes (les mouches sont attirées le plus par la longueur 365 nm)
• Irradiation de médicaments (dans l'entre-deux-guerres) . Entre les deux guerres, l'actinothérapie a été expérimentée contre certaines maladies (rachitisme), mais aussi sur diverses substances dont pour produire des « médicaments irradiés » aux nouvelles propriétés médicamenteuses (issues de l'action photochimique des ultraviolets sur le produit).
• Des lampes UV sont également utilisées pour analyser des minerais ou des gemmes ou pour identifier toute sorte de choses, par exemple des billets de banque (de nombreux objets peuvent paraître semblables sous la lumière visible et différents sous la lumière UV).
• Des colorants fluorescents UV sont employés dans de nombreuses applications (par exemple en biochimie ou dans certains effets spéciaux).

Des lampes UV de longueur d'onde 253,7 nm (lampe à décharge à vapeur de mercure) sont utilisées pour stériliser des zones de travail et des outils utilisés dans des laboratoires de biologie et des équipements médicaux. Puisque les micro-organismes peuvent être protégés de la lumière UV par de petites fissures présentes dans le support, ces lampes sont utilisées seulement comme supplément à d'autres techniques de stérilisation.

La lumière UV est employée pour la photolithographie à très haute résolution, comme cela est exigé pour la fabrication des semi-conducteurs.

Les UV sont aussi utilisés pour le séchage des encres, la synthèse de polymère par photopolymérisation, le durcissement de certaines colles par photoréticulation et en spectroscopie ultraviolet-visible. On les utilise également pour provoquer certaines réactions photochimiques comme l'isomérisation des groupements azobenzènes, la dimérisation de la coumarine puis le cassage des dimers, la destruction des groupements nitrobenzènes etc.

Il est recommandé d'employer des protections pour les yeux lorsqu'on travaille avec de la lumière UV, particulièrement pour les UV de courte longueur d'onde. Des lunettes de soleil ordinaires peuvent offrir une certaine protection, mais elles sont souvent insuffisantes.

La vision des insectes, telle celle des abeilles, s'étend dans le spectre de l'ultraviolet proche (UV-A), et les fleurs ont souvent des marques visibles par de tels pollinisateurs. Certains pièges à insectes utilisent ce phénomène.

Bandes spectrales des radiations UV

Les rayonnements UV sont des ondes électromagnétiques situées entre la lumière visible et les rayons X. Cette catégorie de rayonnement marque le début de la zone ionisante du spectre électromagnétique qui s'étend lui de 750 THz à 30 PHz.

Découpage historique de 1932

Lors du deuxième Congrès international sur la lumière à Copenhague en 1932, Coblentz introduit le concept de bandes spectrales UVA, UVB et UVC. Ces régions ont été déterminées par les propriétés de transmission de trois filtres en verre communs:

• un filtre de baryum silex définit les UVA (315-400nm),
• un filtre de baryum-silex-pyrex l'UVB (280-315nm),
• et un filtre pyrex définit l'UVC (longueurs d'onde plus courtes que 280 nm).

Donc la base de ces divisions a son fondement dans la physique, et non la biologie, bien que ces définitions aient été très utiles en biologie.

Découpage CIE de 1999

Plus récemment, les termes UVA-I (340-400nm) et UVA-II (315-340nm) sont entrés en usage en raison d'une meilleure compréhension des différences entre UVB et UVA. En réalité, les rayons UVA-II sont semblables à des rayons UVB, dans lequel la molécule cible (par exemple, ADN) est directement modifiée par l'absorption de l'énergie UV. En revanche, les rayons UVA-I ont tendance à causer des dommages indirects à des molécules cibles par des espèces réactives de l'oxygène (ROS) générés par l'absorption d'UV par d'autres molécules.

La CIE recommande dans le domaine de la photobiologie et de la photochimie le découpage du domaine ultraviolets en quatre domaines suite à la séparation du domaine des UVA en deux sous domaines.

• UV-A2: 340 nm–400 nm
• UV-A1: 315 nm–340 nm
• UV-B: 280 nm–315 nm
• UV-C: 100 nm–280 nm

Découpage ISO

Voici la classification des UV qui est actuellement définie par la norme ISO 21348:

Nom	Abréviation	Intervalle de Longueur d'onde (en nanomètres)	Énergie du photon (en électronvolts)	Notes / autres dénominations
Ultraviolet	UV	100 – 400 nm	3,10 – 12,4 eV
Vacuum Ultraviolet	VUV	10 – 200 nm	6,20 – 124 eV
Ultraviolet extrême	EUV	10 – 121 nm	10,25 – 124 eV
Hydrogen Lyman-alpha	H Lyman-α	121 – 122 nm	10,16– 10,25 eV
Ultraviolet lointain	FUV	122 – 200 nm	6,20 – 10,16 eV	Far Ultraviolet
Ultraviolet C	UVC	100 – 280 nm	4,43 – 12,4 eV	Ultraviolet germicidal
Ultraviolet moyen	MUV	200 – 300 nm	4,13 – 6,20 eV	Middle Ultraviolet
Ultraviolet B	UVB	280 – 315 nm	3,94 – 4,43 eV
Ultraviolet proche	NUV	300 – 400 nm	3,10 – 4,13 eV	Near ultraviolet-Visible par les oiseaux, insectes et poissons
Ultraviolet A	UVA	315 – 400 nm	3,10 – 3,94 eV	lumière noire

Voir aussi

Articles connexes

• Lumière noire
• Lampe de Wood
• Informations sur la détection de faux billets
• Cancer de la peau
• Mélatonine
• Synthèse de la vitamine D
• photodégradation
• pollution photochimique
• Ozone troposphérique
• UV solaires
• Nucléation de la vapeur d'eau atmosphérique :
  • Nuage
  • Traînée de condensation

Liens externes

• Connaître l'index UV en France La Sécurité Solaire.
• Évaluation des risques associés aux bancs solaires et à l'exposition aux UV (résumé par GreenFacts du rapport du SCCP de la Commission européenne)
• Le rayonnement ultraviolet L'Organisation Mondiale de la Santé.
• (en) J. L. Lean, E. O. Hulburt, « Comment on “Validating the solar EUV proxy, E10.7 *” » ( * article du Journal of geophysical research, VOL. 107, NO. A2, 1027, doi:10.1029/2001JA000137, 2002 par W. K. Tobiska), à propos du forçage radiatif des UV solaires.

Bibliographie

• Bessemoulin P & Oliviéri J (2000) Le rayonnement solaire et sa composante ultraviolette.
• DYEVFlE, P. Effets sur la santé de l'exposition professionnelle aux rayonnements ultraviolets.
• Bonneau J (2010) Utilisation des outils d’estimation de l’exposition au rayonnement ultraviolet solaire pour améliorer la prévention: une interface santé au travail et santé publique (Cas des agriculteurs de Suisse romande) Mémoire de diplôme d'ingénieur; 11 oct 2010 EHESP