Ultraviolet - Définition et Explications

Introduction

Le soleil vu dans les ultraviolets par le télescope EIT de SoHO.

Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi...) intermédiaire entre celle de la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) 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 (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de magenta (environ 100%) et de...) étant la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) la plus élevée (et donc de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) d'onde la plus courte) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) visible.

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 science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui...) 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 latin Argentum — et de numéro atomique 47.).

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

Les ultraviolets sont la cause du bronzage (Le mécanisme du bronzage est un processus de défense de la peau, sous l'action du rayonnement ultraviolet, qui se traduit par l'assombrissement général ou partiel (taches de rousseur chez les vrais roux) des...) et à haute dose sont nocifs pour la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) humaine. Ils peuvent provoquer des cancers cutanés tel que le mélanome (Le mélanome est un cancer de la peau ou des muqueuses, développé aux dépens des mélanocytes.), provoquer un vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude d'un objet, d'une information ou d'un organisme à assurer ses fonctions.) prématuré de la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) (rides), des brûlures (coup de soleil), des cataractes ...

Généralités sur les ultraviolets

Cette plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec les autres végétaux...) de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un...) Rheum nobile peut pousser à très haute altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition...) grâce à un capuchon de feuilles translucides qui fait effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres...) et la protège du froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) et des UV-B qui sont les principaux facteurs limitants de la vie (La vie est le nom donné :) à cette altitude.

Près de 5 % de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...) est émise sous forme de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) 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 par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) des UV par la couche d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance...) de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), 99 % de la lumière UV qui atteint la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) 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 changement dans le monde.) froid 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 : Quelle 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 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 organismes vivants connus.) (5 % des UV réfléchis), le sable (Le sable, ou arène, est une roche sédimentaire meuble, constituée de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la...) (20 % des UV réfléchis), l'herbe (On appelle herbe, dans une acception large, toute plante annuelle ou vivace, non ligneuse, faisant partie des angiospermes (monocotylédones ou dicotylédones), de couleur verte ; dans une acception...) (5 % des UV réfléchis) et surtout la neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de...) (85 % des UV réfléchis). Le trou dans la couche d'ozone est potentiellement dangereux en raison de la nocivité importante des ultraviolets.

Dans la majorité de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité...), le soleil de midi, le plus agressif, est en été vers 14h, c'est pourquoi il est déconseillé de s'exposer entre 12h et 16h, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) particulièrement à proximité de l'eau ou de la neige qui réverbèrent une partie des UV ou en montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme la Lune), et faisant...) où les taux d'UV sont plus importants.

L'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 5 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 (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par...) solaire de protection moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) (indice de 15 à 29) surtout si vous êtes à l’extérieur pendant plus de 30 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte...). Cherchez l’ombre aux alentours de midi quand le soleil est au méridien (En géographie, un méridien est un demi grand cercle imaginaire tracé sur le globe terrestre reliant les pôles géographiques. Tous les points de la...).
• 6 - 7 : Élevé : réduisez l’exposition entre 12h et 16h. 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 12h et 16h. 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 (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) (par les molécules d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) 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 peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) 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 (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 primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en...) 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'intensité lumineuse : les nuages hauts n'entrainent 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 (L'albédo est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface sur l'énergie solaire incidente. On utilise une échelle graduée de 0 à...) comprise entre 0 et 1. La réflexion est particulièrement forte sur la neige (albédo de 0,9 ; 0,85 en UV).

La différence entre UV-A, UV-B et UV-C

Ces trois types de rayonnements UV sont classés en fonction de leur activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) 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 il a un pouvoir de pénétration cutanée plus important. Quand sa longueur d'onde diminue, il possède plus d'énergie, se rapproche des rayons X et donc est plus destructeur (En programmation orientée objet, le destructeur d'une classe est une méthode lancée lors de la destruction d'un objet afin de...).

Les UV-A (400-315 nm)

Les UV-A, 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 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 sont dangereux pour les yeux des enfants dont le cristallin ne joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la...) que partiellement son rôle de filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.). 90 % des UV-A atteignent la rétine (La rétine est l'organe sensible de la vision. D'origine diencéphalique, elle est une mince membrane pluri-stratifiée d'environ 0,5 mm d'épaisseur couvrant environ...) chez le nourrisson (On désigne par le mot nourrisson la période entre l'âge d'un mois et de deux ans chez un bébé. Avant cette période, on parlera d'un nouveau-né. La période qui suit se nomme la petite enfance, jusqu'au...) 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 %.

Les 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 (Une inflammation est une réaction de défense immunitaire stéréotypée du corps à une agression : infection, brûlure, allergie…). Outre ces effets à court terme, ils favorisent le vieillissement de la peau (en abimant les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) 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 25 % avant l'âge de 10 ans.

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 affection dermatologique touche 1 à 3 % de la population...) ou la synthèse de vitamine D (La vitamine D est une vitamine liposoluble (soluble dans les graisses) synthétisée dans l'organisme humain à partir d'un dérivé du cholestérol sous l'action des...). 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).

Les UV-C (280-100 nm)

Les UV-C, 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 autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à...) 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 (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) 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 (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens...) laminaire, par exemple).

La bande spectrale (En astronomie, une bande spectrale désigne une partie du spectre électromagnétique que laisse passer un filtre standard. Une bande spectrale est ainsi...) 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.