Ultra-violet

Des robots et des machines étranges utilisent une bande particulière de lumière ultraviolette pour stériliser les surfaces susceptibles d’être contaminées par le coronavirus. Ceux qui doivent décontaminer de grands espaces, tels que des chambres d’hôpital ou des cabines d’avion, utilisent de grandes lampes au mercure gourmandes en énergie pour produire de la lumière ultraviolette-C. Des entreprises du monde entier s’efforcent d’améliorer les capacités des LED produisant des UV-C, afin d’offrir une alternative plus compacte et plus efficace. Plus tôt ce mois-ci, Séoul Viosys a montré ce qu'il dit être la première stérilisation à 99,9 % du SRAS-COV-2, le coronavirus qui cause le COVID-19, à l'aide de LED ultraviolettes.

Les LED UV sont mortelles pour les virus et les bactéries, car la bande C d’une longueur d’onde de 100 à 280 nanomètres détruit le matériel génétique. Malheureusement, il est également fortement absorbé par l'azote de l'air, les sources doivent donc être puissantes pour avoir un effet à distance. (L'air constitue une barrière si puissante que les UV-C du soleil n'atteignent pas la surface de la Terre.) En collaboration avec des chercheurs de l'Université de Corée à Séoul, la société a montré que ses modules LED Violed pouvaient éliminer 99,9 % du SRAS-COV. -2 virus en utilisant une dose de 30 secondes à une distance de trois centimètres.

Malheureusement, l’entreprise n’a pas divulgué combien de ses LED ont été utilisées pour y parvenir. En supposant que lui et les chercheurs universitaires aient utilisé un seul module LED intégré Violed CMD-FSC-CO1A, une dose de 30 secondes aurait délivré au maximum 600 millijoules d'énergie. Cela correspond quelque peu aux attentes. Une étude sur la capacité des UVC à tuer les virus de la grippe A sur les masques respiratoires N95 a indiqué qu'environ 1 joule par centimètre carré suffirait.

Même si la distance de 3 centimètres peut fonctionner dans des espaces restreints tels qu'un filtre à air ou un purificateur d'eau (produits déjà utilisés par les LED UV), elle ne fonctionnera pas pour les robots stérilisateurs de chambres d'hôpital. Le stérilisateur de cabine d'avion GermFalcon, par exemple, doit baigner une cabine d'avion dans une lumière suffisamment forte pour tuer le virus en quelques secondes à une distance d'environ 30 centimètres, a déclaré son inventeur, le Dr Arthur Kreitenberg, à IEEE Spectrum le mois dernier. Les LED UV-C d'aujourd'hui ne peuvent pas produire suffisamment de lumière pour le travail, a-t-il déclaré. Mais avec les lampes au mercure du GermFalcon, qui mesurent la puissance en watts, cette puissance entraîne un coût important en énergie et en volume. La batterie fer-phosphate du système doit fournir 100 ampères pour produire la puissance UV nécessaire.

Les avantages potentiels des LED UV-C par rapport aux lampes au mercure incluent l'absence de mercure toxique, une meilleure robustesse, une durée de vie plus longue, un démarrage plus rapide et une émission à une diversité de longueurs d'onde, ce qui peut contribuer à leur rôle germicide. Mais c'est leur potentiel d'efficacité qui pourrait être le plus important.

À l’heure actuelle, les lampes au mercure ont une meilleure efficacité de prise murale (alimentation électrique par rapport à la puissance optique) que les LED UV-C actuellement sur le marché. L'efficacité des prises murales des LED UV-C actuelles n'est que de 2,8 %, avec des systèmes efficaces de 3,3 % en phase de R&D, selon Jae-hak Jeong, chercheur technique et vice-président de Seoul Semiconductor, la société mère de Séoul Viosys. Les lampes au mercure en contiennent entre 15 et 35 pour cent.

L’avantage de la lampe au mercure ne devrait pas durer, car les chercheurs s’attendent à ce que les LED UV-C suivent une voie d’amélioration de l’efficacité similaire à celle des LED bleues de l’éclairage à semi-conducteurs. Cependant, les appareils UV-C ont encore un long chemin à parcourir. Les LED bleues ont généralement une efficacité quantique interne, la fraction d'électrons injectés dans une partie spécifique de la LED qui entraîne la génération de photons, d'environ 90 %. Pour les UV-C, c'est 30 à 40 pour cent, explique Jeong. Pour l’efficacité quantique externe – le rapport entre les photons émis et les électrons traversant la LED – la comparaison est encore pire. Environ 70 pour cent pour les LED bleues contre 10 à 16 pour cent pour les appareils UV-C.

Selon Jeong, pour augmenter ces chiffres, il faudra améliorer à la fois le processus de fabrication et l'épitaxie, la croissance du cristal semi-conducteur sur lequel les LED sont fabriquées. Ces LED sont généralement construites en utilisant l'épitaxie pour faire croître une couche de nitrure d'aluminium cristallin au sommet d'une plaquette de saphir. Les défauts du cristal constituent l’un des principaux limitateurs des performances des LED. L’amélioration du processus d’épitaxie est donc une voie vers des LED plus lumineuses.