La longueur d'onde est la première chose que l'on demande à propos d'une application UV — et le premier endroit où naissent les malentendus. 254 nm et 265 nm sont séparées de onze nanomètres et proviennent de sources entièrement différentes ; 395 nm et 405 nm sont séparées d'encore moins, et pourtant l'une se situe dans le domaine UVA et l'autre déjà dans le visible. Cet explorateur permet de placer n'importe quelle longueur d'onde entre 150 et 800 nm et donne les grandeurs qui figurent dans les fiches techniques et les normes.
La deuxième partie présente côte à côte les longueurs d'onde courantes. La colonne intéressante ici est celle des photons par joule : elle explique pourquoi une libération de procédé ne peut pas être simplement transférée d'une longueur d'onde à une autre. Une réaction photochimique répond aux photons absorbés, et non aux joules — et à dose égale, 405 nm délivre environ 60 % de photons en plus que 254 nm.
La longueur d'onde qui convient est en définitive déterminée par le spectre d'absorption de la substance, et non par le seul nombre de photons. Et la quantité d'éclairement énergétique qui arrive réellement est déterminée par la mesure. Opsytec Dr. Gröbel développe, fabrique et étalonne les capteurs, radiomètres et spectroradiomètres nécessaires dans son propre laboratoire accrédité.
Les conversions entre longueur d'onde, fréquence, nombre d'onde et énergie de photon s'appliquent dans le vide ; dans un milieu d'indice de réfraction n, la longueur d'onde et la vitesse de propagation changent tandis que la fréquence et l'énergie de photon restent inchangées. Les domaines spectraux suivent la norme CIE S 017 (ILV) ; l'ancienne norme DIN 5031-7 a été retirée. Les sources et applications citées sont des exemples typiques et non une liste exhaustive ; elles ne remplacent ni une conception de système ni une évaluation des risques. Seule la mesure effectuée avec des instruments étalonnés fait foi.
Fondamentaux
La longueur d'onde, la fréquence, le nombre d'onde et l'énergie du photon décrivent le même rayonnement sous quatre points de vue et se convertissent les uns dans les autres sans information supplémentaire. Les relations sont ν = c / λ, σ = 1 / λ et E = h · c / λ\u00a0; avec la longueur d'onde en nanomètres, la dernière se simplifie en E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. Le nombre d'onde en cm⁻¹ est couramment utilisé en spectroscopie car il est directement proportionnel à l'énergie — contrairement à la longueur d'onde. L'énergie molaire du photon en kJ/mol, enfin, relie le rayonnement aux enthalpies de réaction et indique si celui-ci est capable de rompre une liaison donnée.
Selon la norme DIN 5031-7, l'UVC va de 100 à 280 nm, l'UVB de 280 à 315 nm et l'UVA de 315 à 400 nm.
| Plage | Longueur d'onde | Sources typiques |
|---|---|---|
| VUV | 100–200 nm | excimère xénon 172 nm |
| UVC | 200–280 nm | mercure basse pression 254 nm, KrCl 222 nm, LED UVC 265 et 280 nm |
| UVB | 280–315 nm | excimère XeCl 308 nm, lampes fluorescentes UVB 311 nm |
| UVA | 315–400 nm | lampes fluorescentes UVA 340 nm, LED UVA de 365 à 395 nm |
| VIS | 380–780 nm | LED violettes et bleues à partir de 405 nm |
Entre 380 et 400 nm, l'UVA et le domaine visible se superposent — la norme classe cette section dans les deux catégories. Le rayonnement y est perceptible sous la forme d'une faible teinte violette et reste évalué comme UVA. C'est pourquoi une source à 405 nm est appelée source UV ou source de lumière selon le point de vue.
Une dose est une énergie par unité de surface. Divisez-la par l'énergie d'un seul photon et vous obtenez le nombre de photons par unité de surface — et c'est à cela que réagissent la photochimie et la photobiologie. Comme l'énergie d'un photon diminue lorsque la longueur d'onde augmente, une même dose contient davantage de photons aux longueurs d'onde plus élevées. À 254 nm, on compte environ 1,28 · 10¹⁸ photons par joule, à 405 nm environ 2,04 · 10¹⁸. Quiconque fait passer un système d'une lampe à mercure à des LED UVA modifie non seulement le spectre, mais aussi le rapport entre l'énergie et les photons.
La longueur d'onde seule ne dit rien sur le fait qu'une application fonctionnera ou non. Ce qui compte, c'est de savoir si la substance absorbe à cette longueur d'onde : un photo-amorceur absorbant dans l'UVA répond à 365 nm et reste largement inaffecté à 254 nm, même si les photons individuels y transportent davantage d'énergie. Le positionnement d'une longueur d'onde ne remplace pas non plus l'évaluation de sécurité — le danger dépend du spectre d'action, et non du nom de la plage.
Questions fréquentes
Selon la DIN 5031-7 : UVC de 100 à 280 nm, UVB de 280 à 315 nm, UVA de 315 à 400 nm. Le domaine visible commence déjà à 380 nm et recoupe donc la partie supérieure de l'UVA. D'autres corpus de règles placent la limite entre l'UVA et le visible à 400 nm — dans les cas limites, il convient de vérifier quelle norme est appliquée. Plus d'informations sous domaines spectraux et normes.
Grâce à E[eV] = 1239,842 / λ[nm]. 254 nm donne 4,88 eV, 365 nm 3,40 eV, 405 nm 3,06 eV. Ce nombre est le produit de la constante de Planck et de la vitesse de la lumière, divisé par la charge élémentaire.
Le nombre d'onde σ = 1/λ, exprimé en cm⁻¹, est directement proportionnel à l'énergie. En spectroscopie, l'écart entre les bandes est donc indiqué en nombres d'onde plutôt qu'en nanomètres : un écart de 4670 cm⁻¹ signifie partout la même différence d'énergie, un écart de 75 nm non.
254 nm est la raie de résonance de la lampe à vapeur de mercure basse pression — une raie très étroite issue d'une source très efficace. 265 nm est plus proche du maximum d'absorption de l'ADN et est produite par des LED UVC, qui présentent généralement une largeur de bande de 10 à 12 nm. Obtenir le même effet germicide nécessite donc des doses différentes ; la conversion entre les deux requiert le spectre d'action.
Pas sans essais. Le photoamorceur doit absorber à la nouvelle longueur d'onde, et le nombre de photons par joule change en conséquence. En pratique, la validation du procédé doit être refaite, avec une mesure de dose à l'emplacement de la pièce. Le calcul se trouve dans le calculateur de dose UV.
En dessous de 200 nm un capteur VUV avec purge à l'azote ; dans l'UVC un capteur à pondération spectrale — conforme DVGW pour les installations de désinfection ; dans l'UVA un capteur UVA ou un radiomètre avec la tête adaptée ; dans le visible un photomètre ou un spectroradiomètre. L'explorateur indique la solution adaptée pour chaque longueur d'onde ; les grandeurs sous-jacentes sont expliquées sous grandeurs radiométriques.
Auteur : Dr Mark Paravia
Dr.-Ing. Mark Paravia est le directeur général d'Opsytec Dr. Gröbel GmbH à Ettlingen et dirige le laboratoire d'étalonnage accrédité. Après ses recherches sur les décharges excimères au xénon pulsées à l'Institut de technique de l'éclairage du KIT, il se consacre actuellement à la technique de mesure du rayonnement optique. Il est vice-président de la commission de normalisation DIN FNL 7 « Rayonnement optique » et membre du groupe de projet DVGW sur la désinfection UV.
