Plus de chaleur que de lumière pour les LED UVC

Le vieil adage selon lequel l'argument génère « plus de chaleur que de lumière » résume également le défi thermique du marché croissant des LED UVC utilisées pour désinfecter les instruments médicaux, l'eau et d'autres produits de consommation courante, écrit John Cafferkey de Cambridge Nanotherm.

La technologie ultraviolette C (UVC) trouve ses racines au début du 20e siècle, lorsque les lampes à vapeur de mercure ont été produites en série pour la première fois.

Des lampes à rayonnement UV ont été utilisées pour la désinfection de l'eau potable en 1910. Cependant, l'usine prototype s'est avérée peu fiable et a été fermée.

Dans les années 1950, de nouveaux systèmes de traitement de l'eau par UVC ont été testés et au milieu des années 1980, il y avait environ 1 500 installations dans toute l'Europe. Au-delà du traitement de l'eau, les UVC sont utilisés dans des applications allant du nettoyage des équipements médicaux et des chambres d'hôpital à la désinfection du chauffage, de la ventilation et de la climatisation ( CVC) pour empêcher la propagation d’agents pathogènes.

Bien que les lampes à vapeur de mercure soient extrêmement efficaces pour ces applications à grande échelle, la nature fragile des ampoules et l'utilisation de mercure dangereux signifient qu'elles ne conviennent pas à des applications plus portables et plus conviviales.

Ces dernières années, les fabricants de LED ont développé des LED UVC de plus en plus efficaces. Bien qu'elles ne soient pas aussi efficaces que les LED UVA (qui sont utilisées pour durcir les encres et les peintures), elles deviennent viables pour les applications à faible consommation.

C'est cette conquête de nouveaux marchés qui a conduit les analystes du secteur Yole Développement à prédire une explosion de la croissance des LED UVC, passant de 7 millions de dollars en 2015 à un chiffre stupéfiant de 610 millions de dollars d'ici 2021.

Ce boom repose sur la création par les LED UVC d’un marché d’applications UVC portables et conviviales. Par exemple, les consommateurs pourront acheter des « baguettes » de désinfection portables, qu'ils pourront utiliser pour stériliser des objets du quotidien, comme des smartphones, des tablettes ou des claviers.

Les fabricants de biens de consommation pourront intégrer la technologie LED UVC dans leurs produits pour fabriquer des articles auto-désinfectants. Par exemple, une brosse à dents pourrait se désinfecter d'elle-même après l'avoir remise dans son support, un biberon de lait pour bébé pourrait s'auto-stériliser sur simple pression d'un bouton et un robinet pourrait stériliser l'eau au fur et à mesure que vous l'utilisez – les possibilités sont infinies.

Cependant, ce sont certaines des applications les plus approfondies des UVC qui retiennent vraiment l’attention. Les bouteilles portatives de stérilisation de l’eau pourraient améliorer la manière dont les pays en développement offrent de l’eau propre à leurs citoyens en stérilisant l’eau au point de consommation. Cela sera particulièrement utile dans les zones où il n’existe pas d’infrastructure centralisée de stérilisation de l’eau, ou sur les sites sinistrés où de l’eau potable pourrait être rapidement fournie.

Mis à part les nouvelles applications, même les hôpitaux (où les UVC sont utilisés depuis des années) peuvent en bénéficier. Dans le monde, chaque année, plus de 700 000 patients – soit un patient sur 25 – souffrent d’une infection pendant leur hospitalisation, entraînant 75 000 décès. La technologie UVC pourrait être intégrée à des instruments médicaux tels que des stéthoscopes et des scalpels, qui pourraient être stérilisés en quelques secondes.

Les LED UVC ont le potentiel d’introduire le pouvoir stérilisant des UVC sur un marché de masse et pourraient avoir de grandes implications pour la santé publique.

Le défi thermique

La technologie en est encore à ses balbutiements et, entre autres défis, la gestion thermique des LED UVC constitue un obstacle. Comme tout composant électronique, les LED sont sensibles à la chaleur.

Les LED UVC ont un rendement quantique externe (EQE) particulièrement faible : elles ne convertissent qu'environ 5 % de la puissance absorbée en lumière. Les 95 % restants de la puissance sont convertis en chaleur qui doit être rapidement évacuée pour maintenir la jonction LED en dessous de sa température maximale de fonctionnement. Ne pas garder la puce LED au frais réduira au mieux sa durée de vie et, au pire, entraînera une défaillance catastrophique.

À mesure que les LED UVC deviennent plus puissantes (la dernière en date est de 75 mW), les fabricants doivent rechercher de nouvelles façons de relever ce défi. La question reste de savoir comment répondre aux exigences thermiques élevées des LED UV tout en garantissant que les composants restent rentables, durables, usinables et résistants à l'usure causée par la source de lumière UV elle-même.