Ultraviolet - Définition et Explications

illustration d'un tube à ultraviolets
illustration d'un tube à ultraviolets

Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X. Le nom signifie " au-delà du violet " (du latin ultra : " au-delà de "), le violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge...) étant la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) la plus courte de la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...).

Les ultraviolets ont été découverts en 1801 par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) allemand Johann Wilhelm Ritter d'après leur action chimique sur le chlorure d'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du...).

Les ultraviolets peuvent être subdivisés en UV proches (380-200 nm de longueur d'onde) et ultraviolets extrêmes (200-10 nm). Quand on considère les effets du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) UV sur la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) humaine, la gamme des rayons UV est souvent subdivisée en UV-A (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) et UV-C (280-10 nm).

Généralités sur les ultraviolets (caractéristiques et effets sur la santé)

Près de 5% de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) 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, UV-B et UV-C. Toutefois, en raison de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) des UV par la couche d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes...) de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), 99 % de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) UV qui atteint la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) appartient à la gamme des UV-A.

Les UV traversent l'atmosphère même par temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) ou nuageux (ils n'ont rien à voir avec la sensation de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) procurée par le soleil, qui est due aux infrarouges). Ils sont plus nombreux entre 12h et 16h et à haute altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) (car en traversant une plus petite distance dans l'atmosphère, ils ont moins eu de chances d'être interceptés par des molécules d'ozone). Les UV sont réfléchis par l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) (5% des UV réfléchis), le sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites...) (20 % des UV réfléchis), l'herbe (On appelle herbe, dans une acception large, toute plante annuelle ou vivace, non ligneuse, faisant...) (5 % des UV réfléchis) et surtout la neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et...) (85 % des UV réfléchis). Le trou dans la couche d'ozone est potentiellement dangereux en raison de la nocivité importante des ultraviolets. Remarque : Dans la majorité de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...), le soleil de midi, le plus agressif, est vers 14h, c'est pourquoi il est déconseillé de s'exposer entre 12h et 16h.

Les phénomènes que subissent les UV

  • L'absorption : lors de leur traversée dans l'atmosphère, une partie des rayons UV est absorbée par les molécules de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) (par les molécules d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) par exemple). Ce phénomène crée de l'énergie capable de provoquer la dissociation de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) de gaz en deux autres molécules par exemple.
  • La diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) : 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 (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) plus il est diffusé (cela explique que nous percevons le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) 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'entraine pas forcément une baisse de l'intensitée lumineuse : les nuages hauts n'entrainent pratiquement pas une 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 (L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface sur l'énergie solaire...) comprise entre 0 et 1. La réflexion est particulièrement forte sur la neige (albédo de 0,9).

La différence entre UVA, UVB et UVC

Ces trois types de rayonnements UV sont classés en fonction de leur longueur d’onde. Ils n’ont pas la même activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) biologique ni le même pouvoir de pénétration de la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le...). Plus le rayonnement UV a une longueur d’onde longue, moins il est nocif mais plus il a un pouvoir de pénétration cutanée.

Les UV-A (400-315 nm)

Les UVA, dont la longueur d’onde est relativement longue, représentent près de 95 % 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 (Le mécanisme du bronzage est un processus de défense de la peau, sous l'action du...) immédiat. En outre, ils favorisent également le vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant...) de la peau et l’apparition de rides, en perturbant l'équilibre des synthèses de protéines (en particulier la dégradation du collagène) 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 UVA 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).

En revanche, ils peuvent être bénéfiques pour certains types de pathologies de la peau tel que le psoriasis (Le psoriasis est une maladie de la peau d'origine mal connue, en partie génétique. Cette...) ou la synthèse de vitamine D (La vitamine D est une vitamine liposoluble (soluble dans les graisses) synthétisée dans...).

Les UV-B (315-280 nm)

Les UVB, de longueur d’onde moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...), 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 UVB 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 (Une inflammation est une réaction de défense immunitaire stéréotypée du...). Outre ces effets à court terme, ils favorisent le vieillissement de la peau (en abîmant les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) 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.

Les UV-C (280-10 nm)

Les UVC, de courte longueur d’onde, sont les UV les plus nocifs, mais ils sont complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) filtrés par l’atmosphère et n’atteignent pas la surface de la terre.

Toutefois, des lampes UV-C sont utilisées en laboratoire de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) pour les effets germicides, afin de stériliser des pièces ou des appareils (hotte à flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) laminaire, par exemple).

La bande spectrale (En astronomie, une bande spectrale désigne une partie du spectre électromagnétique que laisse...) des UV-C est constituée de trois sous-bandes :

  • UV-C de 280 à 200 nm.
  • V-UV de 200 à 100 nm, c'est-à-dire les UV exploités dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) uniquement.
  • X-UV de 100 à 10 nm, transitions électromagnétiques entre les UV et les rayons X.

Défense

Pour se défendre contre la lumière UV, le corps, selon le type de peau, réagit aux expositions en libérant le pigment (Un pigment est une substance colorée, naturelle ou artificielle, d'origine minérale ou...) 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 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.

Un effet positif de la lumière UV est qu'elle permet la production de vitamine (Une vitamine est une substance organique nécessaire (en dose allant du microgramme à...) D dans la peau, c'est la principale raison de l'éclaircissement de celle-ci chez les populations sous des climats moins ensoleillés.

Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...)

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 (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) UV sont faites à partir de l'espace.

Utilisation

Les lampes fluorescentes produisent de la lumière UV dans leur tube contenant un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) blanchatre et 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 (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) de protection.

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. Des 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 (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...) ou dans certains effets spéciaux).

Des lampes UV 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 et le durcissement de certaines colles (Colles (pluriel collis) est un mot d'origine latine désignant une petite colline ou une...).

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 solaires ordinaires peuvent offrir une certaine protection, mais elles sont souvent insuffisantes.

La vision des insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large...), telle celle des abeilles, s'étend dans le spectre de l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur...) proche, et les fleurs ont souvent des marques visibles par de tels pollinisateurs.

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 (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...) qui s'étend lui de 0 Hz à 300 millions THz. Voici la classification des UV qui est actuellement la plus universellement admise :

  • 750,000 à 788,927 THz : fin du spectre visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...) du violet et début de la transition vers les UV-A.
  • 788,927 à 749,481 THz : transition spectrale vers les UV-A.
  • 749,481 à 951,722 THz : UV-A.
  • 951,722 à 1 070,687 THz : UV-B.
  • 1 070,687 à 29 979,245 GHz : UV-C (bande spectrale constituée de 3 sous-bandes).

Les 3 sous-bandes spectrales des UV-C :

  • 1 070,687 à 1 498,962 THz : UV-C.
  • 1 498,962 à 2 997,924 THz : V-UV.
  • 2 997,924 à 29 979,245 THz : X-UV, c'est-à-dire les transitions spectrales vers les rayons X.
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