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Ultraviolet

domaine du spectre électromagnétique
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Le rayonnement ultraviolet (UV), également appelé « lumière noire » parce que généralement invisible à l’œil nu, est un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde inférieure à celle de la lumière visible, mais supérieure à celle des rayons X. Les rayons UV ne peuvent être observés qu’indirectement, soit par la fluorescence, soit à l’aide de détecteurs spécialisés.

Ultraviolets des lampes fluorescentes, une source commune artificielle, des rayons UVA. Le rayonnement de ces lampes déborde dans le haut du spectre de la lumière visible, ce qui donne la couleur violette qu’on observe. Il existe également des lampes UV de laboratoire, qui sont équipées d'un filtre pour supprimer la partie visible de leur spectre.
Diagramme montrant le spectre électromagnétique dans lequel se distinguent plusieurs domaines spectraux (dont celui des UV) en fonction des longueurs d'onde (avec des exemples de tailles), les fréquences correspondantes, et les températures du corps noir dont l'émission est maximum à ces longueurs d'onde.

Le nom signifie « au-delà du violet » (du latin ultra : « au-delà de »), le violet étant la couleur de fréquence la plus élevée (et donc de longueur d'onde la plus courte) de la lumière visible.

Les ampoules ordinaires sont conçues pour émettre peu d'ultraviolets[1], à l'inverse des ampoules ultraviolettes et du soleil.

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 couleurs visibles vont de 623 à 740 nm pour le rouge et de 380 à 430 nm pour le violet. Au delà, les lumières invisibles du spectre ultraviolet peuvent être subdivisées selon leur longueur d'onde en :

  • UV proches (380-200 nm), VUV (Vacuum ultraviolet, 200-120 nm) qui, comme leur nom l'indique, ne se propagent pas dans l'air, et ultraviolets extrêmes (120–5 nm), d'autres standards peuvent donner d'autres définitions (cf. ISO 21348, Definitions of Solar Irradiance Spectral Categories en section Bandes spectrales des radiations UV) ;
  • UV-A1 : 340−400 nm ; UV-A2 : 315−340 nm ; UV-B : 280−315 nm ; UV-C : 100−280 nm. Ces trois bandes sont standardisées.

Les ultraviolets sont la cause du bronzage mais, à haute dose, sont nocifs pour la santé humaine, notamment à cause de leur effet mutagène ; ils peuvent provoquer des cancers cutanés tels que le mélanome, provoquer un vieillissement prématuré de la peau (rides), des brûlures (coup de soleil), des cataractes. Ils sont néanmoins nécessaires à petites doses régulières pour la synthèse de la vitamine D. Ils sont capables de « casser » de nombreux composés organiques en suspension dans l'air ou dans les eaux superficielles, et des agents tels que les virus à ARN, et participant à la destruction (photodégradation) de certains polluants ou de molécules odorantes (parfums des fleurs par exemple), mais aussi à la pollution photochimique (ozone troposphérique, NOx…).

Généralités

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Cette plante de l'espèce Rheum nobile peut pousser à très haute altitude grâce à un capuchon de feuilles translucides qui fait effet de serre et la protège du froid et des UV-B qui sont les principaux facteurs limitants de la vie à cette altitude. Les plantes de régions polaires ont développé des adaptations aux UV[2].

Près de 5 % de l'énergie électromagnétique 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 (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) et UV-C (280-100 nm). Toutefois, en raison de l'absorption des UV par la couche d'ozone de l'atmosphère, 95 % de la lumière UV qui atteint la surface de la Terre appartient à la gamme des UV-A[3],[4].

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. L'intensité lumineuse des UV est plus importante à midi solaire et à haute altitude, car en traversant une plus courte distance dans l'atmosphère, ils ont moins de chances d'être interceptés par des molécules d'ozone. La quantité d'UV-B augmente d'environ 4 % chaque 300 mètres de dénivelé.

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 permet les passages de spectres ultraviolets que l'ozone arrête, ce qui est potentiellement dangereux en raison de la nocivité importante de ces ultraviolets. L'Antarctique est le seul continent touché par ce trou, les effets nocifs concernent donc un très petit nombre d'êtres vivants, tels que les manchots. L'Arctique est touché depuis peu, à la suite de l'hiver très froid entre 2010 et 2011 puis en 2020[5].

Le soleil est le plus agressif au midi solaire en été, c'est-à-dire vers 14 h dans la plus grande partie de l'Europe, en fonction du fuseau horaire. C'est pourquoi il est déconseillé de s'exposer entre 12 h et 16 h, tout particulièrement à proximité de l'eau ou de la neige qui réverbèrent une partie des UV, ou en montagne où les taux d'UV sont plus importants.

Découverte

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Les rayons ultraviolets ont été découverts en 1801 par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter : examinant l'action des différentes couleurs (ou longueurs d'onde) du spectre solaire décomposé par un prisme, sur un papier imbibé de chlorure d'argent, il s'aperçut que le papier brunissait plus rapidement au-delà du violet, donc de toute couleur visible. Il qualifia ce rayonnement invisible de « rayons oxydants », à la fois pour montrer leur réactivité chimique et les opposer aux « rayons thermiques » (c'est-à-dire infrarouges), que William Herschel avait découverts l'année précédente en deçà du rouge du spectre solaire. On adopta peu après l'expression plus simple de « rayons chimiques », qui demeura en usage jusqu'à la fin du XIXe siècle, en dépit des allégations de chercheurs qui y voyaient un rayonnement d'origine essentiellement non-lumineuse (notamment John William Draper, qui les baptisait pour cette raison « rayons tithoniques[6],[7] ») ; mais finalement les termes de « rayons chimiques » et de « rayons thermiques » le cédèrent aux termes de rayonnement « ultraviolet » et infrarouge, respectivement[8],[9].

En 1878, on découvrit l'action stérilisante des courtes longueurs d'onde lumineuses sur les bactéries[9], et, dès 1903, on reconnut que les longueurs d'onde les plus efficaces à cet égard se situaient autour de 250 nm. En 1960, l'action du rayonnement ultraviolet sur l'ADN fut établie[10].

La découverte des rayons ultraviolets d'une longueur d'onde inférieure à 200 nm, appelés « ultraviolets cosmiques » à cause de leur absorption par la couche d'ozone, est due au physicien allemand Victor Schumann[11] en 1893.

Prospective

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Étant donné leur importance en termes d'écologie, de photochimie de l'atmosphère et de santé publique, il est utile de pouvoir prévoir les taux d'UV futurs dans diverses parties du monde.

Ces projections dépendent notamment de la vitesse de cicatrisation des trous dans la couche d'ozone, de la qualité de la couche d'ozone dans le reste de l'atmosphère et donc des scénarios d'émission de gaz délétères pour l'ozone stratosphérique et d'émissions de gaz à effet de serre. De nombreux gaz qui ont contribué à la destruction de la couche d'ozone ont fait l'objet de mesures pour réduire ou arrêter leur production dans le cadre du protocole de Montréal, mais celui-ci ne prend pas en compte le protoxyde d'azote N2O, qui contribue également à la dégradation de cette couche et dont les taux n'ont pas cessé de croître depuis. Les gaz à effet de serre jouent également un rôle car ils modifient les températures à basse et haute altitudes modifient aussi la physico-chimie de la couche d'ozone[pas clair][12].

L'activité solaire varie dans le temps selon un cycle solaire (de 11 ans, lié aux taches et éruptions solaires)[13], ce qui est une première source de modification naturelle du climat, mais aussi de variation de la quantité d'UV arrivant dans la stratosphère. En moyenne, environ 5 % de l'énergie reçue du soleil est portée par des UV, et principalement par les UV-C (de 10 à 200 nm)[Passage contradictoire (ce même article les affirme ‘standardisés’ sur l'intervalle 100 à 280 nm)]. Ces derniers sont les plus dangereux pour le vivant, car les plus énergétiques, mais ils sont entièrement et rapidement absorbés par l’atmosphère qui protège la biosphère (au point que ces rayons UV-C ne sont donc observables que dans le vide sidéral ou au-dessus de l’atmosphère terrestre)[12].

Cette variabilité dépend également de plusieurs paramètres géophysiques :

  • paramètres géométriques, tels que l'angle de pénétration du rayonnement UV dans l'atmosphère qui dépend du lieu, de l'heure et de la saison[12] ;
  • chemin (direct ou « diffusif ») parcouru par le rayonnement UV dans l'atmosphère[12] ;
  • constitution physicochimique de l’atmosphère au moment où le rayonnement UV s'y propage ; avec en particulier :
    • la densité de la couche d'ozone sur le trajet de pénétration du rayonnement UV[14],
    • la nébulosité, dont les effets sont ambigus et complexes ; en effet la nébulosité cause une variabilité spatiotemporelle importante, expliquant plus 20 % de la variabilité journalière de l’indice UV[15], avec une échelle de variation temporelle et spatiale parfois très courte. De plus, si certains nuages filtrent efficacement, jusqu'à 50 % voire 90 % pour un ciel couvert à plus de 80 % par des nuages denses[16] une partie du rayonnement UV[17], d'autres, les cirrus ou la brume dans 80 % des cas, en augmentent au contraire l’intensité. C'est le cas quand la couverture nuageuse est fractionnée tout particulièrement au-dessus d'étendues marines ou neigeuses[17],[18] : des mesures faites par Schafer et al. en 1996 ont montré des augmentations locales de 11 % des UV reçus au sol[19], et en 2011, Jégou et al. ont rapporté une augmentation de 10 % de l’indice UV pour un ciel à environ 65 % couvert de nuages[20]. Les aérosols naturels issus des embruns marins et des volcans, ou d'origine anthropiques — feux de forêt et de brousse, combustion de biomasse ou d'hydrocarbures fossiles —, peuvent selon les contextes absorber et/ou diffuser les UV en provenance du Soleil ou réverbérés par les neiges et surfaces en eau : ils peuvent diminuer le rayonnement UV reçu au sol de près de 30 %[21] ou réduire le forçage radiatif[22],[23] ;
  • l'albédo, en réverbérant une partie des UV augmente leur présence dans l'air ambiant[12].

Selon les données disponibles au début du XXIe siècle, à scénario identique de changement climatique, les taux futurs de N2O semblent conditionner de manière déterminante les valeurs futures des taux d'ozone[16] et donc d’UV reçus au sol, surtout en zone tropicale[12]. La complexité des systèmes nuageux (notamment liée à leur variabilité spatiale et temporelle) en fait la source majeure d’incertitude dans les projections climatiques[24] et des taux d’UV reçus au sol[25].

Effets sur les écosystèmes

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Beaucoup d'animaux (dont l'humain) ont besoin d'un peu d'UV pour synthétiser la vitamine D ; beaucoup d'organismes annulent ou réduisent les dégâts induits par les UV par l'évitement comportemental, la photoprotection par des pigments ad hoc, et grâce à des processus de réparation photoenzymatique; mais les méta-analyses scientifiques ont confirmé des effets délétères des UV à tous les niveaux trophiques[26].

Les plantes (y compris cultivées) sont sensibles à un déficit comme à un excès d’UV-B ; et par suite les herbivores et carnivores (qui en dépendent) peuvent aussi être indirectement affectés par ces manques ou excès d'UV-B[27].

Les écosystèmes aquatiques, marins notamment, sont très sensibles aux UV :

  • le phytoplancton, les bactéries, cyanophycées et archées vivant dans l'eau sont particulièrement sensibles aux variations d’UV[28], de même que les phages et autres virus très abondants dans les eaux, notamment marines[29] ;
  • chez les algues, des modélisations de la photoinhibition de la production primaire par les UV dans certaines zones du Pacifique ont conclu que la composante UV de la lumière solaire entraîne une diminution de 20% du potentiel estimé de productivité primaire (tout en ayant des conséquences qui leur sont bénéfiques en endommageant certains prédateurs, concurrents et agents pathogènes moins tolérants aux UV[26] ;
  • la photosynthèse phytoplanctonique océanique, ource d'une grande partie de l'oxygène de l'air, dépend d'un équilibre subtil entre salinité, température et insolation par les UV-A et UV-B[30] ;
  • agriculture intensive, précipitations accrues et fonte des glaciers et du pergélisol contribuent ensemble à l'augmentation de la turbidité — de l'eau — qui absorbe les UV près de la surface. Ceci atténue ou supprime un service écosystémique important : la capacité naturelle des UV à désinfecter l'eau[31],[26]. Cela affecte par ailleurs les animaux marins dont la vue est sensible à la lumière du spectre ultraviolet[32],[33] ;
  • les UV détruisent certains polluants par photolyse ou atténuent leur toxicité (ex. : les UV-B transforment le méthylmercure (déméthylation, au moins provisoire) en mercure moins toxique), mais ils créent d'autres polluants, et aggravent la toxicité de certains pesticides et hydrocarbures aromatiques polycycliques. Ils augmentent la libération de micropolluants par les microplastiques et les nanoplastiques[26].

Depuis quelques décennies, deux risques majeurs d'exposition accrue aux UV ont fait surface :

  • le trou de la couche d'ozone, que le Protocole de Montréal a commencé à reboucher, mais avec une amélioration qui s'est amoindrie depuis 2007 environ ;
  • le réchauffement climatique : la diminution (voire disparition) de la durée et de l'épaisseur de l'enneigement et de la couverture de glace expose de nombreux organismes terrestres comme aquatiques aux UV. Le réchauffement peut aussi localement perturber le mélange des couches en maintenant des couches anoxiques en profondeur[26] ;

Les modifications locales et globales de la couche d'ozone, du réchauffement, de la turbidité et de divers polluants, notamment dans les eaux douces, saumâtres et salées, combinent parfois leurs effets de manière synergique et sont encore incomplètement compris[26].

Les ultraviolets restent nuisibles pour les êtres vivants, qui utilisent deux stratégies pour se défendre : les réfléchir pour les empêcher de pénétrer dans l'organisme, ou les absorber dès qu'ils y entrent. Les réfléchir n'est pas facile car le matériel vivant est transparent aux UV et ne dispose pas de métal. Il faut utiliser des structures photoniques, qui, selon l'arrangement, réfléchissent des longueurs d'ondes particulières. Une structure plus resserrée renverra de plus petites longueurs d'onde, et une plus large de plus grandes. Aux limites des ondes visibles, les humains perçoivent les iridescences des coléoptères ou des papillons, les Pieridae, le citron de Provence, résultant de la manière que ces insectes emploient pour se défendre contre les UV. Certaines fourmis, comme Cataglyphis bombycina, parviennent à une réflexion totale par la technique du prisme éclairé par un sommet : le rayon lumineux, arrivant sur la surface par un angle faible, est entièrement réfléchi. Absorber les rayons dès qu'ils entrent dans l'organisme est la technique employée par pratiquement tous les mammifères, plein d'autres animaux, et même les plantes et les champignons. Ils utilisent pour cela la mélanine, un pigment que l'organisme synthétise, qui va convertir la lumière en chaleur. C'est ce qui donne la coloration des peaux. C'est ce qui donne également certaines fluorescences : les Polistes brunetus protègent leurs larves en fermant les opercules de leur nid par de la soie fluorescente. -[34].

Effets sur la santé

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Ils sont bons ou mauvais selon la dose et le type de peau. C'est pourquoi la protection de la couche d'ozone et la gestion de l'exposition de la peau aux UV sont deux enjeux conjoints de santé publique[35],[36].

Bénéfices pour la santé

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L'exposition modérée aux UV-B permet à l'organisme de synthétiser la vitamine D, qui permet notamment l'absorption du calcium par l'intestin et contribue ainsi à la robustesse du squelette. Une carence sévère en vitamine D au cours de l'enfance conduit au rachitisme.

Outre le rachitisme, les UV-B permettent de traiter plusieurs maladies, comme le psoriasis et l'eczéma.

Les UV-A proches du violet, entre 360 et 400 nm de longueur d'onde, limitent le développement de la myopie chez des modèles animaux comme le poulet[37] et chez l'homme adulte fortement myope[38].

Danger à hautes doses

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Des expositions intenses et/ou prolongées au soleil ou à des rayonnements artificiels (issus par exemple de lampes ou de dispositifs industriels type poste à souder) provoque un dessèchement de la peau, des brûlures (coup de soleil) et peut provoquer des tumeurs et cancers (phénomène dit de photocarcinogénèse cutanée)[39]. Les photons des rayonnements UV sont absorbés par les bases pyrimidines de l’ADN, principalement thymine mais aussi cytosine. L'irradiation provoque alors la dimérisation à partir de bases voisines avec rupture de la chaîne ADN de telle sorte que la réplication ultérieure est inhibée[40].

Le rayonnement solaire, en raison de sa charge en UV, a lui-même été classé agent cancérigène de classe 1 (cancérigènes certains) en 1992 par l'IARC[41],[42].

Pour l'OMS, 50 à 90 % des cancers de la peau sont imputables aux UV solaires[43], faisant des UV le premier facteur de risque pour les cancers de la peau[44] (mais pas pour les lymphomes malins qui au contraire seraient plutôt moins nombreux chez ceux qui se sont régulièrement mais modérément exposés au soleil ou qui ont séjourné en zone tropicale[réf. nécessaire]). Les UVB ont longtemps été accusés d'en être les principaux ou seuls responsables, mais une exposition chronique aux UVA a ensuite également été reconnue comme jouant un rôle dans la photocarcinogénèse cutanée (65 % de la cancérogenèse seraient dus aux UVB et 35 % aux UVA selon De Laat en 1997[45].

Les UV peuvent également être la cause :

Effets virucides

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Les ultraviolets sont virucides[47] permettant des applications professionnelles de stérilisation par ultraviolets.

Indice UV

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Prévision d'index UV global au midi solaire, 18 octobre 2009.

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 cinq 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 solaire de protection moyenne (indice de 15 à 29) surtout si vous êtes à l’extérieur pendant plus de 30 minutes. Cherchez l’ombre quand le soleil est au méridien ;
  • 6 - 7 : élevé : réduisez l’exposition entre 12 h et 16 h. 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 12 h et 16 h. 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

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  • 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, par exemple, la dissociation de la molécule de gaz en deux autres molécules.
  • 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[Qui ?] en conclut que les rayons UV sont fortement diffusés par les gouttelettes d'eau des différentes couches nuageuses. Mais cela n’entraîne pas forcément une baisse de l'intensité lumineuse : les nuages hauts n’entraînent 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 appelée l'albédo, comprise entre 0 et 1. La réflexion est particulièrement forte sur la neige (albédo de 0,9 ; 0,85 en UV).

Différence entre UV-A, UV-B et UV-C

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Les trois types de rayonnements UV, A, B et C, sont classés en fonction de leur activité biologique et de leur pouvoir de pénétration de la peau. Ils correspondent à trois intervalles conventionnels de longueurs d'onde (voir ci-dessous). Plus la longueur d’onde du rayonnement UV est longue (plus il se rapproche de la lumière visible), moins il possède d'énergie et donc moins il est nocif mais plus il a un pouvoir de pénétration cutanée important. Inversement, plus la longueur d'onde du rayonnement UV est courte (plus il se rapproche des rayons X), plus il possède d'énergie et donc plus il est destructeur tout en ayant un moindre pouvoir de pénétration cutanée[48].

UV-A (400-315 nm)

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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 augmentent la destruction de l'élastine) 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. En réalité les UV-A semblent favoriser l'émergence de cancers de la peau par plusieurs mécanismes[49],[50], mais avec un effet bien moindre que les UV-B[51].
Les UVA excitent la molécule d'ADN et favorisent des liaisons entre certaines bases notamment quand l’ADN est sous forme de double-hélice, ce qui peut être source de mutations, voire de cancers[52]. Un autre mécanisme cancérigène semble exister par l'intermédiaire des dérivés réactifs de l'oxygène que les UV-A génèrent à l'intérieur des cellules, en quantité plus importante que les UV-B[53]. Il est aussi probable que les UV-A potentialisent la toxicité cellulaire des UV-B en pénétrant plus profondément dans la peau, en ayant une activité immunosuppressive[54] et en endommageant les systèmes de réparation de l'ADN[55].

Les UVA sont dangereux pour les yeux des enfants dont le cristallin ne joue que partiellement son rôle de filtre. 90 % des UV-A atteignent la rétine chez le nourrisson et encore 60 % avant l'âge de treize ans. Chez l'adulte de plus de vingt ans, le cristallin arrête (et subit) les UV-A presque à 100 %.

 
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UV-B (315-280 nm)

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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 est filtrée 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 car même si les UV-B représentent une minorité de la lumière qui atteint la surface de la Terre, ils sont bien plus cancérigènes que les UV-A[51].

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 75 % avant l'âge de dix ans.[réf. nécessaire]

En revanche, ils peuvent être bénéfiques pour certains types de pathologies de la peau tels que le psoriasis. Ils sont également importants pour la synthèse de vitamine D.

UV-C (280-100 nm)

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Les UV-C, de courte longueur d’onde, sont les UV les plus énergétiques ainsi que les plus nocifs (l'énergie croît quand la longueur d'onde décroît), mais ils sont complètement filtrés par la couche d'ozone de l’atmosphère et n’atteignent donc théoriquement pas la surface de la Terre.

Toutefois, depuis plusieurs décennies des lampes UV-C (et plus récemment des diodes électroluminescentes [DEL/LED]) sont utilisées en laboratoire de biologie pour les effets germicides, afin de stériliser des pièces ou des appareils (hotte à flux laminaire, par exemple). Un nombre croissant de dispositifs, sources éventuelles accidentelles d'exposition des consommateurs aux UV-C sont depuis peu mis sur le marché (ex. : petites modules photovoltaïques destinés à potabiliser de l'eau dans les pays en développement explique une augmentation du nombre d'accidents (lésions oculaires et/ou dermatologiques), faisant que la Commission européenne a demandé un avis sur les risques associés à ces nouveaux dispositifs au SCHEER (Comité scientifique des risques sanitaires, environnementaux et émergents). Les experts ont estimé ne pas pouvoir évaluer ce risque, par manque d'études sur le degré d'exposition des humains et sur les effets d'une exposition chronique[56].

La bande spectrale des UV-C est constituée de trois sous-bandes :

  • UV-C de 280 à 230 nm ;
  • V-UV de 200 à 140 nm, c'est-à-dire les UV se propageant uniquement dans le vide (Vacuum ultraviolet) ;
  • X-UV de 140 à 100 nm, longueurs d'onde qui s'approchent de celles des rayons X et qui sont les longueurs d'onde les plus énergétiques des ultraviolets. Selon les institutions[57], la lumière dont la longueur d'onde est située entre la fin des ultraviolets et le début des rayons X (124 à 10 nm) est parfois appelée rayonnement ultraviolet extrême, ou EUV. Elle est parfois comprise dans la catégorie UV-C, parfois distincte[58].

Protection

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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 crèmes solaires contiennent des filtres ultraviolets qui bloquent en partie les UV et aident à protéger la peau. Plus l’indice de protection est élevé, plus le degré de protection est grand[59]. L’indice de protection correspond en réalité au rapport entre le temps nécessaire pour attraper un coup de soleil avec et sans crème solaire. Avec un indice de protection 50, il faudra par exemple cinquante fois plus de temps pour attraper un coup de soleil qu’en n’ayant aucune protection.
En 1957[60], les laboratoires RoC[61] inventent le premier écran solaire très haute protection (IP 50+).

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.

Astronomie

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En astronomie, les objets très chauds émettent préférentiellement de la lumière UV (loi de Wien). Toutefois, la 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. Il existe toutefois des télescopes terrestres équipés de spectrographe échelle en lumière visible et ultraviolette comme le Très Grand Télescope (VLT).

Utilisation

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Photographie avec lampe UV.

Les lampes fluorescentes produisent de la lumière UV dans leur tube contenant 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.

Par longueur d'onde[62] :

Entre les deux guerres, l'actinothérapie a été expérimentée contre certaines maladies (rachitisme), mais aussi sur diverses substances, pour produire des « médicaments irradiés » aux nouvelles propriétés médicamenteuses (issues de l'action photochimique des ultraviolets sur le produit)[64].

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 (de nombreux 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 de longueur d'onde 253,7 nm (lampe à décharge à vapeur de mercure) 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 nécessaire pour la fabrication des semi-conducteurs.

Les UV sont aussi utilisés pour le séchage des encres, la synthèse de polymère par photopolymérisation, le durcissement de certaines colles par photoréticulation et en spectroscopie ultraviolet-visible. On les utilise également pour provoquer certaines réactions photochimiques comme la photoisomérisation des groupements azobenzène, la dimérisation de la coumarine puis le cassage des dimers, la destruction des groupements nitrobenzène.

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 de soleil ordinaires peuvent offrir une certaine protection, cependant elles sont souvent insuffisantes.

La vision des insectes, telle celle des abeilles, s'étend dans le spectre de l'ultraviolet proche (UV-A), et les fleurs ont souvent des marques visibles par de tels pollinisateurs. Certains pièges à insectes utilisent ce phénomène. Certains vertébrés voient aussi tout ou partie du spectre de l'ultraviolet[65], comme les poissons[66], ou certains planctonophages, qui l'utilisent pour mieux détecter leurs proies[67].

La photographie ultraviolette est un processus photographique d'enregistrement d'images en utilisant uniquement la lumière du spectre ultraviolet par réflexion ou fluorescence, utilisée entre autres en médecine légale et en restauration d'art [68].

Bandes spectrales des radiations UV

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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 750 THz à 30 PHz.

Découpage historique de 1932

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Lors du deuxième Congrès international sur la lumière à Copenhague en 1932, Coblentz introduit le concept de bandes spectrales UVA, UVB et UVC[69]. Ces régions ont été déterminées par les propriétés de transmission de trois filtres en verre communs :

  • un filtre de baryum-silex définit les UVA (315-400 nm) ;
  • un filtre de baryum-silex-pyrex l'UVB (280-315 nm) ;
  • et un filtre pyrex définit l'UVC (longueurs d'onde plus courtes que 280 nm).

Donc la base de ces divisions a son fondement dans la physique, et non la biologie, bien que ces définitions aient été très utiles en biologie.

Découpage CIE de 1999

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Plus récemment, les termes UVA-I (340-400nm) et UVA-II (315-340nm) sont entrés en usage en raison d'une meilleure compréhension des différences entre UVB et UVA. En réalité, les rayons UVA-II sont semblables à des rayons UVB, dans lequel la molécule cible (par exemple, ADN) est directement modifiée par l'absorption de l'énergie UV. En revanche, les rayons UVA-I ont tendance à causer des dommages indirects à des molécules cibles par des espèces réactives de l'oxygène (ROS) générés par l'absorption d'UV par d'autres molécules[69].

La CIE recommande dans le domaine de la photobiologie et de la photochimie le découpage du domaine ultraviolets en quatre domaines à la suite de la séparation du domaine des UVA en deux sous-domaines[70].

  • UV-A1 : 340-400 nm
  • UV-A2 : 315-340 nm
  • UV-B : 280-315 nm
  • UV-C : 100-280 nm

Découpage ISO

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Voici la classification des UV qui est actuellement définie par la norme ISO 21348[71]:

Nom Abréviation Intervalle de longueur d'onde
(en nanomètres) 		Énergie du photon
(en électronvolts) 		Notes / autres dénominations
Ultraviolet UV 100 – 400 3,10 – 12,4
Vacuum ultraviolet VUV 10 – 200 6,20 – 124
Ultraviolet extrême EUV 10 – 121 10,25 – 124 Extreme ultraviolet
Hydrogen Lyman-alpha H Lyman-α 121 – 122 10,16 – 10,25
Ultraviolet lointain FUV 122 – 200 6,20 – 10,16 Far ultraviolet
Ultraviolet C UVC 100 – 280 4,43 – 12,4 Ultraviolet germicide (ex. : lampe germicide)[72]
Ultraviolet moyen MUV 200 – 300 4,13 – 6,20 Middle ultraviolet
Ultraviolet B UVB 280 – 315 3,94 – 4,43
Ultraviolet proche NUV 300 – 400 3,10 – 4,13 Near ultraviolet. Visible par les oiseaux, insectes et poissons
Ultraviolet A UVA 315 – 400 3,10 – 3,94 lumière noire

Notes et références

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Voir aussi

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Articles connexes

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Bibliographie

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Liens externes

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