La lumière UV, ou ultraviolette, est une forme invisible de rayonnement électromagnétique qui a une longueur d’onde plus courte que la lumière que les humains peuvent voir. Elle transporte plus d’énergie que la lumière visible et peut parfois rompre les liaisons entre les atomes et les molécules, altérant ainsi la chimie des matériaux qui y sont exposés. La lumière UV peut également amener certaines substances à émettre de la lumière visible, un phénomène connu sous le nom de fluorescence. Cette forme de lumière – qui est présente dans la lumière du soleil – peut être bénéfique pour la santé, car elle stimule la production de vitamine D et peut tuer les micro-organismes nocifs, mais une exposition excessive peut provoquer des coups de soleil et augmenter le risque de cancer de la peau. La lumière UV a de nombreuses utilisations, y compris la désinfection, les ampoules fluorescentes et en astronomie.
Le terme ultraviolet signifie au-delà du violet. Dans la partie visible du spectre, la longueur d’onde diminue – et l’énergie des ondes électromagnétiques augmente – du rouge à l’orange, au jaune, au vert, au bleu et au violet, de sorte que la lumière UV a une longueur d’onde plus courte et plus d’énergie que la lumière violette. Les longueurs d’onde sont mesurées en nanomètres (nm), ou milliardièmes de mètre, et les longueurs d’onde ultraviolettes sont comprises entre 10 nm et 400 nm. Il peut être classé en UV-A, UV-B ou UV-C, par ordre de longueur d’onde décroissante. Une autre classification, utilisée en astronomie, est proche, moyen, loin et extrême.
Le Soleil produit de la lumière ultraviolette de toutes catégories ; cependant, les longueurs d’onde les plus courtes et les plus énergétiques sont absorbées par l’oxygène de l’atmosphère et, en particulier, par la couche d’ozone. En conséquence, l’ultraviolet qui atteint la surface se compose principalement d’UV-A, avec un peu d’U-VB. Ce sont les UV-B qui sont responsables des coups de soleil. La lumière du soleil qui atteint la surface de la Terre présente à la fois des avantages et des dangers.
Avantages
La lumière ultraviolette, en particulier les UV-B, est nécessaire pour permettre à la peau de fabriquer de la vitamine D. Elle convertit un produit chimique présent dans la peau en un précurseur de la vitamine, qui forme ensuite la vitamine elle-même. Cette vitamine est essentielle à la santé humaine, et son manque a été impliqué dans les troubles du système immunitaire, les maladies cardiovasculaires, l’hypertension artérielle et divers cancers. Une carence sévère entraîne une maladie osseuse appelée rachitisme. Le manque de soleil est la principale cause de carence en vitamine D, et la crème solaire empêche sa formation.
Il existe d’autres avantages associés à la lumière ultraviolette qui peuvent sembler indépendants de la production de vitamine D. Une exposition fréquente à des quantités modérées de soleil, c’est-à-dire des quantités insuffisantes pour provoquer des coups de soleil, peut fournir une certaine protection contre le cancer de la peau. Il est prouvé que les personnes exerçant des activités de plein air sont moins sensibles à la maladie. Les enfants qui consacrent beaucoup de temps à des activités de plein air semblent également être moins à risque de développer des cancers de la peau plus tard dans la vie. Parmi les autres effets bénéfiques possibles, citons la réduction de l’incidence des maladies cardiovasculaires, l’amélioration de certaines affections cutanées et l’amélioration de l’humeur.
De nombreux micro-organismes potentiellement nocifs sont rapidement tués ou inactivés par exposition à la lumière UV. Les infections virales aéroportées, telles que la grippe, se propagent généralement par des gouttelettes expulsées par la toux et les éternuements. Les particules virales contenues dans ces gouttelettes ne survivent pas longtemps si elles sont exposées au soleil et, par conséquent, ces maladies peuvent ne pas se propager aussi facilement dans des conditions ensoleillées.
Dangers
La capacité de la lumière ultraviolette à provoquer des changements chimiques présente également des dangers. Les UV-B plus énergétiques sont responsables des coups de soleil, peuvent provoquer un vieillissement prématuré de la peau et peuvent altérer l’ADN d’une manière qui peut conduire à des cancers de la peau, tels que le mélanome. Il peut également endommager les yeux et provoquer des cataractes. La lumière UV stimule la production du pigment mélanine, et à cause de cela, les gens peuvent s’exposer intentionnellement à un fort ensoleillement pour obtenir une peau bronzée. Les effets associés à cette forme de lumière peuvent être aggravés par la popularité des studios de bronzage et des lits de bronzage, qui utilisent la lumière ultraviolette produite artificiellement pour provoquer le bronzage.
Les usages
Désinfection et stérilisation
Les effets de la lumière UV sur les virus, les bactéries et les parasites ont conduit à son utilisation pour désinfecter les approvisionnements en eau potable. Il a l’avantage de nécessiter peu d’entretien, de ne pas affecter le goût de l’eau traitée et de ne laisser aucun produit chimique potentiellement nocif. Le principal inconvénient est que, contrairement à certaines méthodes chimiques, telles que la chloration, il ne protégera pas contre la contamination après le traitement. Les UV sont également utilisés pour la stérilisation des aliments et dans les laboratoires de microbiologie.
Fluorescence
Certaines substances, lorsqu’elles sont exposées à la lumière UV, émettent de la lumière à des longueurs d’onde visibles, un phénomène connu sous le nom de fluorescence. Les lampes fluorescentes courantes, par exemple, sont alimentées par la lumière UV produite en ionisant la vapeur de mercure à basse pression. Cette lumière est absorbée par un revêtement fluorescent spécial, qui à son tour produit de la lumière visible. Les lampes fluorescentes sont plus économes en énergie que les ampoules classiques.
La lumière ultraviolette est fréquemment utilisée en sécurité. Les documents sensibles, tels que les devises, les permis de conduire, les cartes de crédit et les passeports, comportent des symboles invisibles qui ne s’allument qu’en présence de lumière UV. Ceux-ci sont difficiles à copier pour les contrefacteurs.
Les biologistes et les zoologistes sont très friands de la lumière ultraviolette car elle les aide à effectuer des relevés nocturnes des organismes sur le terrain. Certains oiseaux, reptiles et invertébrés, tels que les insectes, émettent une fluorescence sous UV, et le fait de faire clignoter rapidement une lumière sur une petite zone peut permettre aux observateurs de compter le nombre approximatif d’organismes d’un type donné. Ceci est très utile car beaucoup de ces animaux sont principalement nocturnes et rarement, voire jamais vus pendant la journée.
De nombreux textiles utilisés dans les vêtements sont également fluorescents, et les lumières noires souvent utilisées dans les boîtes de nuit et lors des fêtes exploitent ce fait en faisant briller les vêtements dans le noir. Ces lumières produisent principalement de la lumière dans la partie UV du spectre, mais elles produisent également une légère lueur violette. Des affiches spéciales ou d’autres œuvres d’art peuvent également être créées dans le but exprès d’être fluorescentes d’une certaine manière sous une lumière noire.
Pièges à insectes
De nombreux insectes peuvent voir la lumière ultraviolette et y sont attirés, de sorte que la lumière est souvent utilisée dans les pièges à insectes. Ceux-ci peuvent être utilisés par les entomologistes pour étudier la population d’insectes dans un habitat spécifique ou pour piéger et tuer les insectes nuisibles dans les magasins d’alimentation des restaurants.
Astronomie
La cartographie de la Voie lactée et d’autres galaxies en lumière ultraviolette permet aux astronomes de se faire une idée de l’évolution des galaxies au fil du temps. Les jeunes étoiles produisent plus de rayonnement UV que les étoiles plus âgées, comme le Soleil. Ils produisent également une proportion plus élevée de leur lumière ultraviolette à l’extrême extrémité du spectre. Les zones où se forment de nouvelles étoiles brillent donc plus intensément dans les UV, permettant aux astronomes d’identifier et de cartographier ces zones.
Autres utilisations
Il existe un certain nombre d’autres utilisations de la lumière UV :
Spectrophotométrie — pour l’analyse des structures chimiques.
Analyse des minéraux — la fluorescence sous lumière ultraviolette permet de distinguer les minéraux qui se ressemblent sous la lumière visible.
Microscopie – la longueur d’onde plus courte de la lumière ultraviolette peut résoudre des détails trop petits pour être vus avec un microscope optique ordinaire.
Marqueurs chimiques — les substances fluorescentes à la lumière UV, telles que la protéine fluorescente verte (GFP) peuvent être utilisées pour étudier les processus biologiques.
Photochimiothérapie – elle est utilisée comme traitement pour le psoriasis et certaines autres affections cutanées.
Photolithographie à très fine résolution — elle est utilisée dans la fabrication de composants semi-conducteurs dans l’industrie électronique.
Vérification de l’isolation électrique – la «décharge corona», où une isolation endommagée sur l’équipement électrique entraîne une ionisation de l’air, peut être détectée par l’émission de lumière ultraviolette.
Durcissement des adhésifs et des revêtements — certaines substances polymérisent et durcissent lorsqu’elles sont exposées à la lumière ultraviolette.