La lumière UV inactive les germes dans l'eau potable. Jusqu'à maintenant, le processus de désinfection reposait sur des lampes à vapeur de mercure, qui émettent de la lumière dans le spectre UV. Cependant, Le mercure est un métal lourd qui affecte la santé humaine et l'environnement. Les chercheurs de Fraunhofer étudient une alternative plus verte et plus efficace, qui utilise des LED UV pour détruire l'ADN bactérien. La technologie est également adaptée à la désinfection de l'eau de brassage et à la désinfection des bouchons de bière en bouteille, boissons non alcoolisées, et de l'eau minérale pendant le processus de remplissage.

L'été est l'heure du café en plein air. Pour garantir une eau propre pour une bière de haute qualité, les brasseries installent souvent des systèmes ultraviolets (UV) en amont de leur équipement de brassage, dans le but de garder l'eau potable exempte de germes. La lumière UV est utilisée car elle est très efficace pour tuer les bactéries, virus et germes. Leur matériel génétique (ADN) est détruit par les rayons UV. L'eau de brassage est désinfectée par pompage à travers des tubes en acier inoxydable dans lesquels des lampes UV ont été installées. La lumière UV d'une longueur d'onde de 265 nanomètres est particulièrement adaptée à cette tâche. Jusqu'à maintenant, cette lumière UV a été générée à l'aide de lampes à vapeur de mercure, qui émettent de la lumière à 254 nanomètres. Cependant, le mercure est un métal lourd qui nuit à l'environnement. Chercheurs de la branche Advanced System Technology (AST) de l'Institut Fraunhofer d'optronique, Technologies système et exploitation d'images IOSB à Ilmenau, en collaboration avec le partenaire du projet PURION GmbH, veulent remplacer les lampes conventionnelles contenant du mercure par des diodes électroluminescentes ultraviolettes (LED UV). Basé dans la ville allemande de Zella-Mehlis, l'entreprise fabrique des systèmes de désinfection UV pour purifier l'eau. La technologie est utilisée dans les refroidisseurs d'eau, par exemple, mais aussi pour conserver les contenants à boissons tels que les tonneaux, bouteilles et canettes exemptes de germes.

LED UV-C endommageant les cellules

"Les lampes à vapeur de mercure conventionnelles émettent de la lumière à 254 nanomètres. Comme celle-ci est inférieure à la longueur d'onde optimale de 265 nanomètres, les performances de désinfection ne sont pas optimales, " dit Thomas Westerhoff, scientifique à Fraunhofer IOSB-AST. D'autres inconvénients de ces lampes sont leurs longues phases de préchauffage, leur courte durée de vie et le fait qu'ils ne peuvent pas être déployés de manière flexible en raison de leur conception volumineuse. "Pour ces raisons, nous préférons les LED UV, qui émettent à une longueur d'onde maximale de 265 nanomètres. Les LED UV-C sont particulièrement intéressantes, parce que leur rayonnement détruit l'ADN des agents pathogènes beaucoup plus efficacement. Les rayons UV génèrent des résonances dans les acides nucléiques de l'ADN et rompent les liaisons des molécules ouvertes. Cela modifie les noyaux cellulaires des micro-organismes d'une manière qui rend la division cellulaire impossible. Par conséquent, les agents pathogènes ne peuvent plus se multiplier."

Conception flexible de très stable, sources de rayonnement UV sans mercure

Contrairement aux lampes à vapeur de mercure problématiques, Les LED UV ne nécessitent aucune phase de préchauffage - elles atteignent instantanément leur pleine puissance. En outre, ils offrent une grande stabilité mécanique, ne sont pas toxiques et peuvent fonctionner à basse tension. Un autre avantage est que les LED sont des spots. En raison de leur diagramme de rayonnement, ils offrent un large éventail de possibilités de conception. Westerhoff et son équipe chez Fraunhofer IOSB-AST sont responsables de la conception des modules LED, répondre à des questions telles que :« Comment les géométries doivent-elles être structurées ? », "Quelle est la disposition optimale des baies pour un cas d'utilisation particulier ?", « Combien de LED sont nécessaires ? » et "Comment les sources ponctuelles de différentes longueurs d'onde doivent-elles être disposées sur le module ?"

Après de nombreux tests pratiques, les chercheurs sont désormais capables de faire fonctionner les LED UV directement dans l'eau sans avoir besoin d'un tube pour les envelopper. Ainsi, ils éliminent les réflexions pour augmenter encore le rendement des sources de rayonnement. Pour le partenaire industriel PURION GmbH, les experts de Fraunhofer IOSB-AST ont développé un module spécial qui peut désinfecter l'intérieur des capsules de bière pendant le processus de production avant que les bouteilles ne soient remplies de bière. Cela garantit qu'aucun germe ne pénètre dans les bouteilles pendant le processus de production. "Nous sommes capables d'irradier la surface intérieure des capuchons avec une puissance UV de quatre watts. Faire cela avec des lampes à vapeur de mercure sur une si petite surface est presque impossible, " dit l'ingénieur.

La nouvelle technologie est très polyvalente, et grâce à leur petite taille et à leur intensité de rayonnement élevée, les LED UV-C peuvent également être utilisées dans les dispositifs médicaux, afin de stériliser des liquides, surfaces et zones difficiles d'accès de manière ciblée. Endoscopes et sondes à ultrasons, par exemple, peut être efficacement désinfecté à l'aide d'arrangements LED spécialement configurés malgré les géométries d'irradiation complexes. Fraunhofer IOSB-AST propose également son expertise aux clients intéressés du secteur de l'ingénierie médicale dans la conception de sources de rayonnement UV-C à base de LED et la simulation et l'optimisation du champ d'irradiation.