[DOSSIER] L’éclairage UV-C pour détruire les virus et champignons

uv-c éclairage école
Ecole de Méru, ©Signify

La pandémie a accéléré l’intérêt pour l’éclairage UV-C. Cette longueur d’onde invisible permet de désinfecter l’air et les surfaces des virus et champignons en cassant les liaisons ARN et ADN. Il faut savoir qu’il est utilisé dans de nombreux secteurs et depuis très longtemps dans certains pays. Par exemple en médecine, en prévention des maladies, ou encore dans l’industrie alimentaire pour la désinfection des emballages et des contenants afin d’assurer une date limite de consommation (DLC) la plus lointaine possible.

Pour introduire l’intérêt grandissant des UV-C, reprenons cet article des Echos de mai 2021 qui rapportait que l’Europe a été préservée des pandémies ces dernières années. L’article explique notamment que la déforestation, l’augmentation de la population et le fait que l’homme vive plus près d’animaux sauvages nous exposent davantage à ce risque de pandémie. Nous estimons à 1,7 million le nombre de virus non découverts, dont 827 000 auraient la capacité d’infecter l’homme.

Les UV-C jouent donc un rôle essentiel dans le contrôle de la pandémie actuelle, mais aussi à long terme.

Même si ce discours paraît catastrophiste, il est plutôt rassurant compte tenu de la technologie et des systèmes en développement qui assurent la sécurité des personnes et préviennent de futurs risques.

Actuellement, le gouvernement investit plutôt dans des capteurs de CO2 (qui indique quand il est nécessaire d’aérer une pièce) et non dans le traitement de l’air. Ouvrir les fenêtres reste encore le meilleur moyen de renouveler l’air, même si des contraintes comme la perte de chaleur en hiver ou tout simplement le fait que les fenêtres peuvent être bloquées dans certains lieux pour prévenir tout risque d’accident (des écoles, hôpitaux, hôtels, etc.) ne facilitent pas les choses. Les tests menés par Signify montrent que l’éclairage UV-C détruit 93,90 % des virus de Sars-CoV-2 en 3 minutes et 99 % en 5 min. Quant aux autres typologies de type virus ou champignons, ils sont éradiqués à 96,90 % en 30 min. Alors pourquoi… ?

L’UV-C, késako ?

Il s’agit d’une lumière invisible située entre 100 et 280 nanomètres du spectre lumineux. En fait, c’est aux alentours de 263 nm que le rayonnement est le plus efficace. Mais aucune source ne permet à ce jour d’émettre principalement dans ce spectre. Le plus proche reste actuellement le tube fluorescent UV-C à 254 nm. « Il faut savoir que les UV-C n’existent quasiment pas sur Terre à l’état naturel. Le soleil en produit évidemment, mais ils sont bloqués dans l’atmosphère par l’ozone principalement. Les seuls UV-C que l’on peut avoir sur Terre sont artificiels », explique Pierre-Yves Monleau responsable marketing Produits et Business Development chez Ledvance.

uv-c éclairage schéma

Techniquement, les UV-C vont briser les liaisons ADN ou ARN des micro-organismes et ainsi, empêcher leur reproduction. Le ministère de la Santé américain reconnaît l’efficacité de ces rayons et recommande notamment l’utilisation de purificateurs d’air dans les écoles. Le principe de base n’est pas de prévenir, mais de limiter les risques de diffusion des bactéries et virus. Et tout se fait par le traitement de l’air et des surfaces.

Être exposé aux UV-C sans protection n’est pas sans risque ni conséquence, cela se révèle même dangereux, notamment pour les yeux. Le Code du travail, confirmé par l’INRS (Institut national de recherche et sécurité), a déterminé une exposition limite journalière de 6 joules par centimètre carré pour un rayonnement de 254 nanomètres. Selon les calculs, à une distance de 1,40 m, une personne atteint cette limite au bout de 1 min 35 s d’exposition. Plus on est proche de la source d’émission, plus le risque est élevé. Le risque n’est donc pas foudroyant, mais il faut rappeler qu’il est important de faire attention à son utilisation. Il faut connaître le principe, maîtriser l’élément sans en avoir peur et l’utiliser intelligemment et de façon adaptée en fonction des lieux et de leur fréquentation. Certains pays d’Europe de l’Est comme la Russie utilisent depuis longtemps et de façon générique les UV-C.

Comment le rayonnement UV-C est-il efficace face aux virus et notamment celui du COVID-19 ?

La difficulté avec le virus Sars-CoV-2 réside dans le fait qu’il y a plusieurs types de transmissions. Par le toucher, qui représente 15 % des contaminations, par les gouttelettes qui, plus lourdes que l’air, tombent très vite sur les surfaces et le sol et, la principale source, les aérosols qui restent en suspension dans l’air. D’où l’intérêt du masque pour surtout protéger les autres et limiter l’émission d’éléments volants. Tout ce qui sera au contact de la lumière UV-C sera alors traité.

L’institut Hermann-Rietschel de Berlin a mené une étude dans une salle de classe. Un élève infecté, au milieu de 24 autres, dans une pièce qui ne possède pas de système de traitement de l’air et dans une pièce équipée. On observe que la concentration du virus par mètre cube augmente en permanence dans la pièce sans traitement pendant les 3 h que dure le cours. Lorsque tout le monde quitte la pièce, nous observons la décroissance du virus dans l’air.

La pièce qui possède un système de traitement de l’air par UV-C ne permet pas d’annihiler la présence du virus dans l’air, mais de la contrôler pour ne pas dépasser un plafond critique afin d’être en dessous du risque de contamination. Une fois que la pièce est vide, la concentration de virus dans l’air décroît de manière très rapide.

Les systèmes existants

Nous l’avons vu, il existe deux cas d’usage majeurs et différents qui correspondent aux types de transmission : par contact et par gouttelettes et aérienne. Le premier est traité par des dispositifs dits « ouverts » qui ciblent les surfaces et le volume d’air d’une pièce par le rayonnement UV-C. Le second, dit « fermé », offre un traitement de l’air en continu afin d’inactiver les virus potentiellement présents dans les aérosols en suspension. La transmission aérienne se définit comme la propagation d’un agent infectieux due à la dissémination de noyaux de gouttelettes (aérosols) qui restent infectieux lorsqu’ils sont suspendus dans l’air sur de longues distances et pendant longtemps.

« Ces deux cas d’usage s’appliquent différemment et sont liés à la façon dont on utilise les espaces. Le premier doit se faire dans une pièce totalement vide pour ne pas irradier les personnes. Le second a vocation à être appliqué dans des espaces occupés », explique François Darsy Responsable Marketing chez Signify (ex-Philips Lighting).

« Même si nous avons des systèmes UV-C, n’oublions pas que la meilleure solution reste l’aération. Ces systèmes viennent en complément des solutions existantes. Nous proposons deux types de solutions : des systèmes ouverts et fermés. Le système le plus efficace est celui ouvert où l’émission des UV-C va traiter tous les volumes de la pièce et également les surfaces impactées en direct par le rayonnement UV-C. Une pièce peut être traitée en quelques minutes et éliminer 99 % du virus du COVID, air et surface. L’inconvénient est que la pièce doit être vidée de ses occupants. L’être humain ne peut pas être exposé à cette lumière. Le système fermé a cet avantage de pouvoir fonctionner en continu, indépendamment de la présence de personnes. Des ventilateurs aspirent l’air dans l’appareil à l’intérieur duquel se trouvent des tubes fluorescents UV-C qui traitent l’air, et ces ventilateurs rejettent ensuite ce même air, traité à 99,99 %. En revanche, le débit de la machine est limité et l’installation doit être correctement dimensionnée pour limiter la concentration de virus dans l’air à un faible niveau », précise Pierre-Yves Monleau, de Ledvance.

Les systèmes ouverts

Il s’agit principalement de sources UV-C sous différentes formes pour s’adapter à différents types d’appareils. « Nous proposons également une réglette avec tube UV-C équipée d’un détecteur de mouvement qui, à l’inverse du fonctionnement qu’on lui connaît dans l’éclairage, va éteindre le tube s’il détecte un mouvement. Cependant, ce n’est pas un système qui permet une utilisation en présence de personnes ou d’animaux. Il ne peut s’agir que d’un traitement ponctuel lors d’une pause dans une salle de réunion, par exemple. Nous avons constaté que les grosses particules supérieures à 50 microns tombent rapidement, alors que les autres, trop légères, appelées aérosols, sont portées par les courants d’air et restent en suspension. De plus, elles ont une charge virale importante, que ce soit pour le COVID ou pour toute autre source de bactéries et germes. Ces systèmes ouverts sont le premier niveau de protection », explique François Darsy, de Signify.

Les UV-C inférieurs à 185 nm vont générer la création d’ozone, ils vont recombiner des atomes de l’oxygène (O2) de l’air pour en faire de l’O3. Cela peut être nocif, à une certaine concentration.

« Nous avons des verres spéciaux qui filtrent le rayonnement à 185 nm pour éviter toute formation d’ozone, vecteur d’irritations et de toux. En pratique, les lampes mercure basse pression utilisées dans les applications germicides pour l’air ou les surfaces ne génèrent pas d’ozone. Nous avons installé un système ouvert dans la salle de pause dans nos locaux fin mars 2020. Nous avons très vite compris l’intérêt de traiter l’air et les surfaces dans certains lieux de l’entreprise pour protéger les collaborateurs et éviter de créer un cluster dans notre centre logistique européen. Au-delà des gestes barrières habituels et du port du masque dans tout l’établissement, des systèmes UV-C ouverts ont été installés dans les salles de pause, infirmerie et la cantine et tournent plusieurs fois par jour pendant 30 min », ajoute Pierre-Yves Monleau, de Ledvance. L’UV-C ne traverse pas la matière. Donc même si le système ouvert fonctionne, il n’y a pas de risque pour la personne qui est de l’autre côté d’une paroi murale ou vitrée.

Système ouvert de désinfection de l’air Ledvance dans une école.

Les systèmes fermés indépendants

De nombreux systèmes mobiles existent et peuvent traiter de gros volumes. La difficulté majeure est la maîtrise des émissions sonores. La dépression des filtres HEPA génère un bruit non négligeable, par exemple ; quand un système UV-C sera bien plus silencieux (mais ne filtrera pas les poussières ni les pollens). Ces solutions sont à considérer en fonction de chaque usage. La question se pose également lors du changement de filtres porteurs de germes et virus. Abiotec propose une solution intermédiaire à la fois mobile et silencieuse. « Le système Airocide dispose de son propre ventilateur et n’a pas de gaine. Il aspire d’un côté et souffle de l’autre. Il se fixe au mur ou au plafond. Ce système a la particularité d’avoir une chambre de réaction développée et brevetée par la Nasa. Le système Airocide élimine près de 99,998 % des agents pathogènes, y compris les moisissures, les virus, les bactéries et les composés organiques volatils (COV) », présente Mathieu Sachoux, directeur chez Abiotec UV. « Nous sommes dans la capacité de modéliser les flux d’air pour ajuster la machine à une pièce, mais c’est extrêmement cher, long et beaucoup d’entreprises le proposent déjà. Nous avons d’autres méthodes pour calibrer l’installation dans une pièce plus rapidement, mais évidemment moins précises », ajoute Pierre-Yves Monleau, de Ledvance.

Purificateur d’air UV-C de Ledvance.
Lampe UV-C Abiotec

Les systèmes fermés dans les ventilations

« Les électriciens arrivent à installer du matériel Abiotec, car nous constatons une tendance qui est d’installer des lampes UV à la sortie des centrales de traitement de l’air. C’est inoffensif, pas de risque de manipulation et l’électricien doit intervenir car il s’agit de gros systèmes reliés à des armoires électriques. Nous parlons de traitement de plusieurs milliers de mètres cubes/heure », met en avant Mathieu Sachoux, d’Abiotec UV. Avec la pandémie, les recommandations officielles sont de ne pas recycler l’air en raison, notamment, des bouches de reprise et de soufflage dans les bureaux qui pourraient aspirer les aérosols mauvais et les diffuser autre part. « Nos lampes montent jusqu’à 3,5 kW. Elles ne sont pas produites à grande l’échelle car elles sont destinées à des marchés de niche », ajoute-t-il.

Les logiciels de simulation des mouvements de l’air dans une pièce ou dans une gaine et permettant de calculer la dose UV que va recevoir chaque micro-organisme sont très lourds, très coûteux et très sophistiqués. Mais il s’agit là de la seule manière d’assurer un traitement efficace.

Les systèmes semi-ouverts

Signify met l’accent sur son innovation. En plus des réglettes qui s’utilisent quand la pièce est vide, Signify propose le Upper Air, un dispositif de désinfection de l’air par UV-C à montage mural ou au plafond. Installés sur un mur à une hauteur typique de 2,5 m à 3 m, les luminaires Upper Air désinfectent l’air en continu dans la partie supérieure de la pièce. Combinée à un réflecteur et à un système optique, cette solution assure aux personnes de pouvoir continuer à travailler dans la pièce en toute sécurité. « Pour bien désinfecter l’air, il faut avoir en tête le taux de renouvellement d’air ou le taux de renouvellement d’air équivalent. La vraie solution pour désinfecter l’air, c’est d’évacuer les particules contaminées, d’où la nécessité de ventiler. Toutes les autorités scientifiques se basent sur ce principe. Et lorsque l’on ventile un bâtiment, le taux de renouvellement classique est de 1 à 2. C’est-à-dire que l’on renouvelle 2 fois le volume d’air par heure. De ce fait, il faut énormément de temps pour pouvoir éliminer les particules, plusieurs heures. Les purificateurs d’air UV-C vont permettent de multiplier par 3, voire par 10 ce fameux taux de renouvellement d’air, donc moins long. Avant toute installation, nous effectuons une étude de lumière qui inclut la photométrie UV-C des luminaires, les réflexions sur les murs, sol et plafonds pour garantir le fait que nous n’allons pas exposer les personnes aux UV-C au-delà des seuils de sécurité réglementaires (la norme ISO 15858 se réfère à la dose maximale de 6 J/jour et définit par exemple un seuil maximal de 0,2 µW/cm² pour 8 h d’exposition continue sur une base de 40 h par semaine). Pour garantir que chaque installation est totalement sûre, elle sera en outre contrôlée systématiquement à la mise en service par un technicien certifié pour ce type de contrôles », développe François Darsy, de Signify.

Système semi-ouvert Upper Air de Signify.

Un business pour les installateurs

Il y a un gros travail d’éducation et d’accompagnement à faire auprès des installateurs. « Nous avons conscience qu’il y a une crainte envers les UV-C et une impression de complexité et de technicité, mais elle n’a pas lieu d’être » pointe Pierre-Yves Monleau. Il faut simplement se rappeler qu’il y a des règles de base de sécurité à respecter, comme pour n’importe quel système. Aujourd’hui, c’est un business additionnel pour l’installateur. Le surcoût est dérisoire pour le client final, mais cela lui permet de faire un peu plus de chiffre d’affaires.

L’électricien est le plus à même de conseiller et d’accompagner les installations électriques des lampes UV. Il aura un discours plus technique et plus complet pour son client. L’efficacité étant garantie, il faut focaliser sur l’installation qui sera bien faite et sécurisée. « Nous vendons les systèmes et les électriciens l’installent. Chacun son métier et nous avons besoin d’eux » insiste Pierre-Yves Monleau de Ledvance. « Pour les entreprises, il faut voir au-delà de la COVID. Lorsque l’on regarde le coût pour une entreprise des arrêts de travail, des jours d’absence, des frais de santé grandissants, nous nous disons que nos systèmes et cette technologie aideront » conclut-t-il.

Salle de repos équipée par Ledvance.

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