Pour lutter contre le coronavirus, quelques villes chinoises et américaines ont entrepris d’utiliser des rayons UVC pour désinfecter les lieux et transports publics. Et pour cause, ce rayonnement est connu pour son action bactéricide et virucide. Problèmes : l’exposition aux UVC est très dangereuse pour l’Homme et les sources d’UVC sont particulièrement coûteuses et peu durables. Des chercheurs ont peut-être trouvé la solution pour contourner ces inconvénients…
Le rayonnement ultraviolet se divise en trois grandes catégories : les UVA, les UVB et les UVC. Ces derniers sont des rayons lumineux à courte longueur d’onde (de 190 à 290 nm) et sont extrêmement énergétiques. Cette énergie leur confère un pouvoir germicide et c’est pourquoi ils sont utilisés couramment dans les hôpitaux et l’industrie agroalimentaire pour la stérilisation du matériel. Mais ces UV agissant directement sur l’ADN des cellules, ils sont particulièrement cancérigènes pour l’Homme.
Des rayons virucides, inoffensifs pour l’Homme
Les processus de nettoyage aux UVC, mis récemment en place en Chine ou aux États-Unis pour lutter contre la propagation du coronavirus, ont montré des résultats « très encourageants », selon David Brenner, directeur du Centre de recherche radiologique de l’Université de Columbia. La mise en œuvre de ce procédé à grande échelle pose toutefois deux problèmes majeurs.
Pour commencer, la lumière UVC est très nocive pour l’Homme : elle peut provoquer des brûlures sur la peau, voire un cancer, ainsi qu’une inflammation douloureuse de la cornée. Heureusement, la quasi-totalité des UVC émis par le soleil est bloquée par la couche d’ozone. Sans cela, ils causeraient d’énormes dégâts sur toutes les formes de vie sur Terre ! Ainsi, dans le cadre d’une désinfection, les rayons UVC ne doivent être utilisés que lorsque personne ne se trouve à proximité. C’est pourquoi le métro de New York, à l’instar des métros chinois, prévoit d’utiliser des lampes UVC pour désinfecter ses trains, mais uniquement lors des fermetures nocturnes. Second inconvénient : les sources de rayonnement UVC actuelles sont très coûteuses et ne durent pas très longtemps.
Pour résoudre le premier problème, des chercheurs de l’Université de Columbia ont découvert qu’à une longueur d’onde de 222 nanomètres – ce que l’on désigne par les rayons UV « lointains » – à l’extrémité du spectre lumineux, les UVC semblaient sans danger pour l’Homme, mais étaient toujours capables de tuer les virus. À de telles fréquences, les rayons ne peuvent pas pénétrer la surface de la peau ni de l’œil, explique Brenner, ce qui permettrait de les utiliser même dans des espaces surpeuplés.
Par le passé, cette même équipe de chercheurs avait déjà examiné l’efficacité des UVC lointains sur les bactéries résistantes aux médicaments, puis sur le virus de la grippe. Il était donc tout naturel d’étudier leur action sur le coronavirus à l’origine de la pandémie. Leurs premières expériences ont déjà montré que les lampes UVC détruisent le virus sur les surfaces en quelques minutes. Reste à tester leur efficacité sur les particules de virus en suspension dans l’air.
Parallèlement, les chercheurs ont mené des tests pour confirmer que ces UVC lointains sont bel et bien sans danger pour l’Homme : ils ont ainsi exposé des souris à ce rayonnement pendant 40 semaines, à raison de 8 heures par jour, 5 jours par semaine, à des intensités 20 fois supérieures à ce qu’il est envisagé d’utiliser sur les humains. Résultat : aucun dommage constaté sur les souris, ni sur leur peau ni dans leurs yeux. L’expérience durera encore une vingtaine de semaines.
Si l’étude est validée, la production massive de lampes UVC pourrait être très rapide. Ces lampes sont déjà largement utilisées depuis 2 ou 3 ans, dans l’industrie du diamant, où elles servent à distinguer les pierres artificielles des pierres précieuses. Mais les clients potentiels pour ce type de lampes ont considérablement augmenté ces derniers temps (compagnies aériennes, navires de croisière, restaurants, cinémas, établissements scolaires, etc.). D’autant que face à la pandémie, la Food and Drug Administration a assoupli sa réglementation concernant les outils ou agents pouvant être utilisés pour la désinfection.
Un nouveau conducteur transparent aux UV
Reste à trouver une alternative à la source du rayonnement. Les lampes UVC actuelles, qui sont des « lampes à décharge », utilisent du gaz au mercure, nécessitent une puissance élevée et ont une durée de vie relativement courte. Les LED haute performance sont beaucoup plus simples et économes en énergie, mais elles ne peuvent pas émettre suffisamment de rayonnement UV pour tuer tous les virus (celui-ci est en effet limité par le matériau d’électrode transparent utilisé).
« Il n’existe actuellement aucune solution efficace d’électrode transparente aux UV », a déclaré Joseph Roth, doctorant en science et génie des matériaux à Penn State. Pour contourner cette limitation, les chercheurs de Penn State, en collaboration avec des théoriciens des matériaux de l’Université du Minnesota, se sont tournés vers une nouvelle classe de conducteurs transparents, récemment découverte.
Leur choix s’est porté sur le niobate de strontium, un composé déjà utilisé dans plusieurs applications électro-optiques. À l’aide de collaborateurs japonais, ils ont alors testé les performances de films de niobate de strontium en tant que conducteurs transparents. Après des premiers tests concluants, les chercheurs sont parvenus à cultiver ces films par pulvérisation, une étape essentielle qui permettra d’intégrer ce nouveau matériau dans des LED UV à faible coût et en grande quantité.
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À l’origine, l’équipe travaillait au développement de conducteurs transparents aux UV afin de trouver une solution économique à la désinfection de l’eau. Le contexte sanitaire actuel leur a immédiatement fait comprendre que leurs travaux pourraient tout aussi bien contribuer à l’éradication du virus du COVID-19. Joseph Roth, co-auteur de l’étude, déclare que leurs films virucides pourraient par exemple être appliqués, sous forme d’aérosols, dans les conduits des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation des bâtiments.