Ultraviolet - Définition

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 étant la couleur de longueur d'onde la plus courte 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 en UV proches (380-200 nm de longueur d'onde) et ultraviolets extrêmes (200-10 nm). Quand on considère les effets du rayonnement UV sur la santé 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 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, UV-B et UV-C. 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 12h et 16h et à haute altitude (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 (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. Remarque : Dans la majorité de l'Europe, 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 (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'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 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 biologique ni le même pouvoir de pénétration de la peau. 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 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 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 ou la synthèse de vitamine D.

Les UV-B (315-280 nm)

Les UVB, 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 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. Outre ces effets à court terme, ils favorisent le vieillissement de la peau (en abîmant 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.

Les UV-C (280-10 nm)

Les UVC, de courte longueur d’onde, sont les UV les plus nocifs, mais ils sont complètement filtrés par l’atmosphère et n’atteignent pas 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 200 nm.
• V-UV de 200 à 100 nm, c'est-à-dire les UV exploités dans le vide 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 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 D dans la peau, c'est la principale raison de l'éclaircissement de celle-ci chez les populations sous des climats moins ensoleillés.

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 liquide 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 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 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.

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, telle celle des abeilles, s'étend dans le spectre de l'ultraviolet 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 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 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.