UV-C lointains à 222 nm : une étude de 2022 montre une réduction de 98,4 % des bactéries dans l'air

Une expérience de désinfection de l'air à l'échelle d'une pièce

Le 23 mars 2022, le média britannique MailOnline consacrait un article du journaliste Jonathan Chadwick aux résultats d'une étude scientifique sur les UV-C lointains à 222 nanomètres.

Cette recherche avait été réalisée par une équipe internationale associant des scientifiques britanniques et américains.

Elle présentait une avancée expérimentale importante : l'utilisation de lampes UV-C lointaines filtrées dans une chambre de dimensions comparables à celles d'une pièce intérieure.

Les chercheurs souhaitaient déterminer si cette technologie pouvait réduire efficacement la concentration de bactéries viables en suspension dans l'air, dans des conditions plus proches de celles rencontrées dans les bâtiments.

Le résultat principal a retenu l'attention de la presse : une réduction de 98,4 % de la concentration bactérienne dans la configuration expérimentale la plus performante.

L'étude a été publiée dans la revue scientifique Scientific Reports sous le titre :

Far-UVC (222 nm) efficiently inactivates an airborne pathogen in a room-sized chamber.

Les onze auteurs de la publication scientifique

La recherche a été réalisée par une équipe associant notamment l'université de St Andrews, l'université de Leeds, l'université Columbia et des chercheurs travaillant à Dundee, en Écosse.

Les onze auteurs sont :

• Ewan Eadie
• Waseem Hiwar
• Louise Fletcher
• Emma Tidswell
• Paul O'Mahoney
• Manuela Buonanno
• David Welch
• Catherine S. Adamson
• David J. Brenner
• Catherine Noakes
• Kenneth Wood

Cette collaboration réunissait des compétences en microbiologie, physique, radiobiologie, ventilation et qualité de l'air intérieur.

Les résultats ont été publiés le 23 mars 2022, dans le volume 12 de Scientific Reports, sous le numéro d'article 4373.

Pourquoi tester les UV-C à 222 nm dans une grande chambre expérimentale ?

Les recherches précédentes avaient déjà montré que les UV-C lointains pouvaient inactiver différents micro-organismes dans des dispositifs de laboratoire.

Cependant, les performances observées dans de petites chambres expérimentales ne suffisent pas à caractériser le comportement d'un système dans une pièce.

Dans un espace intérieur, la circulation de l'air, la répartition du rayonnement et la position des sources lumineuses peuvent influencer l'efficacité de l'irradiation.

L'équipe scientifique a donc utilisé une chambre expérimentale de 32 m³.

Cet espace permettait de tester des lampes dans un volume représentatif d'une petite pièce, tout en contrôlant les conditions de ventilation et la concentration des micro-organismes présents dans l'air.

Une chambre de 32 m³ équipée de lampes UV-C lointaines

Pour leurs essais, les chercheurs ont installé cinq lampes excimères au chlorure de krypton (KrCl) émettant principalement à 222 nm.

Ces lampes étaient équipées de filtres optiques destinés à réduire les émissions à des longueurs d'onde non souhaitées.

La chambre était ventilée à un rythme de trois renouvellements d'air par heure.

Les scientifiques ont ensuite introduit en continu des aérosols contenant la bactérie Staphylococcus aureus.

L'objectif était de reproduire une situation dans laquelle des micro-organismes continuent d'être présents dans l'air, même pendant le fonctionnement du système de désinfection.

Les chercheurs ont mesuré la concentration bactérienne lorsque les lampes étaient éteintes, puis lorsqu'elles fonctionnaient selon différentes configurations.

Pourquoi utiliser Staphylococcus aureus ?

La bactérie Staphylococcus aureus, également appelée staphylocoque doré, a été choisie comme micro-organisme modèle.

Elle est connue pour être impliquée dans différentes infections humaines.

Dans cette expérience, son utilisation permettait surtout de mesurer la capacité des UV-C lointains à inactiver un agent pathogène présent sous forme d'aérosol.

Les chercheurs disposaient ainsi d'un indicateur biologique pour comparer les performances des différentes configurations de lampes.

Il est important de préciser que l'étude n'a pas directement mesuré l'inactivation du SARS-CoV-2 dans cette chambre de 32 m³.

Les résultats expérimentaux publiés concernent Staphylococcus aureus. Les perspectives concernant les virus respiratoires reposent sur la mise en relation de ces données avec d'autres travaux scientifiques.

Résultat principal : une réduction de 98,4 % des bactéries viables

Avec les cinq lampes filtrées et dans la configuration d'irradiation la plus performante, les chercheurs ont observé une réduction de 98,4 % de la concentration de Staphylococcus aureus viable dans l'air.

Cette diminution a été obtenue alors que les bactéries continuaient à être introduites dans la chambre expérimentale.

Le résultat est donc particulièrement intéressant pour l'étude de la désinfection de l'air : il ne concerne pas uniquement une contamination initiale, mais une situation de production continue d'aérosols.

L'équipe a également testé plusieurs configurations utilisant un nombre différent de lampes et des niveaux d'irradiation variables.

Ces essais ont montré que les performances dépendaient des conditions d'installation et de la dose de rayonnement délivrée.

Que signifie l'équivalent de 184 renouvellements d'air par heure ?

L'étude présente également un indicateur appelé renouvellement d'air équivalent, souvent désigné par l'abréviation anglaise eACH.

Cet indicateur permet d'exprimer l'effet d'un dispositif d'inactivation microbiologique sous la forme d'un renouvellement d'air théorique supplémentaire.

Dans la configuration expérimentale ayant produit une réduction de 98,4 %, les chercheurs ont calculé un effet équivalent à 184 renouvellements d'air supplémentaires par heure.

Cette valeur ne signifie pas que les lampes apportaient réellement de l'air neuf dans la pièce.

Elle représente l'effet de l'inactivation des bactéries sur leur concentration dans l'air, exprimé dans une unité comparable à celle utilisée pour décrire la ventilation.

Cette distinction est importante : les UV-C lointains inactivent les micro-organismes exposés, mais ne remplacent pas physiquement l'air intérieur par de l'air extérieur.

Un fonctionnement étudié en présence d'une contamination continue

L'un des aspects intéressants du protocole est le maintien d'une émission d'aérosols pendant les mesures.

Les chercheurs ont d'abord laissé la concentration bactérienne atteindre un niveau relativement stable.

Ils ont ensuite activé les lampes UV-C lointaines et observé l'évolution de la quantité de bactéries viables.

La concentration a diminué jusqu'à atteindre un nouvel équilibre, à un niveau nettement inférieur.

Cette méthode permet d'évaluer le fonctionnement d'un système de désinfection dans des conditions de contamination continue.

Elle apporte ainsi des informations complémentaires aux expériences réalisées uniquement sur une quantité initiale de micro-organismes.

Pourquoi les médias se sont-ils intéressés à ces résultats ?

La publication de 2022 a attiré l'attention parce qu'elle abordait une question importante pour la qualité de l'air intérieur : la possibilité de réduire rapidement la concentration d'agents pathogènes dans des espaces collectifs.

L'article de Jonathan Chadwick dans MailOnline a contribué à diffuser ces résultats auprès d'un public plus large.

Les recherches sur les UV-C lointains intéressent notamment les secteurs dans lesquels de nombreuses personnes peuvent partager un même volume d'air :

• Les établissements de santé.
• Les écoles et les universités.
• Les bureaux et les espaces de travail.
• Les transports collectifs.
• Les commerces et les lieux recevant du public.

Ces environnements constituent des domaines d'application potentiels étudiés par les chercheurs et les industriels.

L'étude de 2022 fournit des données expérimentales utiles pour comprendre les performances d'une installation à 222 nm dans un volume de la taille d'une pièce.

Le rôle de la longueur d'onde et du filtrage optique

Les lampes utilisées dans cette étude émettaient principalement à 222 nanomètres, une longueur d'onde appartenant au domaine des UV-C lointains.

Elles reposaient sur une technologie excimère au chlorure de krypton.

Les chercheurs ont utilisé des sources équipées de filtres optiques afin de limiter les émissions à d'autres longueurs d'onde.

Cette caractéristique fait partie intégrante du dispositif expérimental étudié.

Les performances publiées doivent donc être associées aux conditions techniques précises de l'expérience, notamment aux lampes filtrées utilisées et à leur implantation.

Les résultats d'une installation ne peuvent pas être automatiquement transposés à n'importe quel appareil commercial simplement parce qu'il est annoncé comme émettant à 222 nm.

Des recherches complémentaires sur les coronavirus

La publication de 2022 s'inscrit dans la continuité d'autres travaux scientifiques sur les UV-C lointains.

En 2020, des chercheurs de l'université Columbia avaient publié une étude consacrée à l'inactivation de deux coronavirus humains en suspension dans l'air :

• HCoV-229E.
• HCoV-OC43.

Cette étude avait montré leur sensibilité aux UV-C lointains à 222 nm dans un dispositif expérimental de laboratoire.

La recherche de 2022 a abordé une question différente : le comportement d'un système UV-C lointain dans un volume nettement plus important.

Ces travaux sont complémentaires.

Les premiers permettent de caractériser l'action du rayonnement sur certains virus ; les seconds apportent des données sur le fonctionnement d'un dispositif dans une chambre expérimentale de la taille d'une pièce.

De l'expérimentation à la conception des équipements

Les résultats de 2022 contribuent à documenter les paramètres à prendre en compte pour développer des systèmes de désinfection de l'air par UV-C lointains.

Plusieurs éléments influencent les performances :

Le nombre de lampes. Une installation comportant plusieurs sources peut produire une répartition du rayonnement différente de celle d'une lampe unique.

La puissance et la dose délivrée. L'inactivation dépend de l'exposition reçue par les micro-organismes.

La circulation de l'air. Le brassage contribue à déterminer le parcours des aérosols dans la zone irradiée.

Le volume du local. Une configuration adaptée à une petite chambre expérimentale doit être réévaluée avant son application dans un espace plus vaste.

Les caractéristiques des équipements. Le spectre d'émission, le filtrage optique et les conditions de fonctionnement font partie des paramètres techniques à considérer.

L'étude fournit ainsi une base expérimentale pour les recherches et le développement de dispositifs de traitement de l'air.

Conclusion : une étude de référence sur les UV-C à 222 nm dans une pièce expérimentale

La recherche publiée le 23 mars 2022 dans Scientific Reports constitue une étape importante dans l'étude des UV-C lointains appliqués à la désinfection de l'air intérieur.

Les onze chercheurs ont utilisé une chambre de 32 m³, ventilée à trois renouvellements d'air par heure, pour mesurer l'efficacité de lampes filtrées à 222 nm contre des aérosols contenant Staphylococcus aureus.

Dans la configuration la plus performante, ils ont obtenu une réduction de 98,4 % de la concentration de bactéries viables, correspondant à 184 renouvellements d'air équivalents supplémentaires par heure.

Ces résultats ont été relayés par plusieurs médias internationaux, dont MailOnline, qui leur a consacré un article de Jonathan Chadwick.

La publication scientifique originale reste la référence pour consulter le protocole, les mesures et les analyses détaillées.