La stérilisation de l’eau par UV (ultraviolets) est une méthode physique de désinfection qui utilise la lumière UV pour inactiver les micro-organismes pathogènes présents dans l’eau. Ce processus repose sur l’interaction de la lumière UV avec l’ADN et l’ARN des micro-organismes, empêchant leur réplication et les rendant ainsi inoffensifs.

Principe de la lumière UV

La lumière UV est une forme de rayonnement électromagnétique, située dans la gamme de longueurs d’onde entre 100 nm et 400 nm, au-delà du spectre visible pour l’œil humain. La lumière UV est divisée en trois catégories principales :

• UV-A : 315–400 nm
• UV-B : 280–315 nm
• UV-C : 100–280 nm

Stérilisation par UV-C : La stérilisation de l’eau utilise spécifiquement les UV-C, en raison de leur capacité à détruire les micro-organismes. Les UV-C, et particulièrement les longueurs d’onde autour de 254 nm, sont les plus efficaces pour la désinfection.

Mécanisme d’inactivation des micro-organismes

La lumière UV-C désactive les micro-organismes (bactéries, virus, protozoaires, etc.) en endommageant leur matériel génétique, c’est-à-dire l’ADN ou l’ARN, via des processus photophysiques et photochimiques.

Absorption des UV-C par l’ADN

• Bases nucléiques et absorption : Les bases nucléiques de l’ADN, notamment la thymine (T) et la cytosine (C), absorbent fortement les photons UV-C, en particulier à une longueur d’onde de 254 nm. L’absorption de ces photons excite les électrons des bases nucléiques, les faisant passer à un état excité.
• Création de dimères de pyrimidine : Lorsque deux molécules de thymine adjacentes dans la chaîne d’ADN absorbent simultanément les photons UV-C, elles peuvent former un dimère de thymine. Ce dimère est une liaison covalente anormale entre les deux bases, qui déforme l’hélice d’ADN et empêche la réplication correcte de l’ADN lors de la division cellulaire.

• Conséquences des dimères de pyrimidine : Les dimères de thymine perturbent les enzymes responsables de la réplication de l’ADN, bloquant la transcription et la réplication du matériel génétique. Cela empêche le micro-organisme de se multiplier et de se réparer, conduisant à sa désactivation ou à sa mort.

Dommages à l’ARN et aux protéines

En plus de l’ADN, l’ARN et certaines protéines des micro-organismes peuvent également être affectés par l’absorption des UV-C, ce qui perturbe les fonctions cellulaires critiques et contribue à l’inactivation des pathogènes.

Paramètres influençant l’efficacité de la stérilisation UV

L’efficacité de la stérilisation de l’eau par UV dépend de plusieurs paramètres physiques et opérationnels.

Dose d’UV (fluence)

• Définition : La dose d’UV, également appelée fluence ($D$), est le produit de l’intensité de l’irradiation UV (I) et du temps d’exposition (t). Elle est exprimée en millijoules par centimètre carré (mJ/cm²).

• Seuil de désinfection : Chaque type de micro-organisme a une dose d’UV spécifique au-delà de laquelle il est inactivé. Par exemple, une dose de 30 mJ/cm² est généralement suffisante pour inactiver 99,99% des bactéries et virus communs présents dans l’eau.

Transmission de l’eau

• Transmission UV (%T): La transmission UV mesure la proportion de lumière UV qui traverse une colonne d’eau donnée. Elle dépend de la qualité de l’eau, en particulier de la présence de particules en suspension, de matières organiques dissoutes et de couleur.

Une eau claire et exempte de particules aura une transmission UV élevée, augmentant ainsi l’efficacité de la stérilisation.

Design du réacteur UV

• Type de réacteur : Les systèmes UV peuvent être conçus sous forme de réacteurs à flux traversant ou de réacteurs à contact, où l’eau est exposée à la lumière UV pendant un temps suffisant pour assurer l’inactivation des micro-organismes.
• Dispositifs de mélange : Des dispositifs de mélange sont souvent intégrés pour garantir que l’eau est uniformément exposée à l’irradiation UV, minimisant les zones d’ombre où les micro-organismes pourraient échapper à la désinfection.

Avantages et Limitations de la Stérilisation de l’eau UV

Avantages :

• Rapidité et efficacité : La stérilisation UV agit instantanément et peut inactiver jusqu’à 99,99% des micro-organismes pathogènes.
• Pas de résidus chimiques : Contrairement aux méthodes chimiques (comme le chlore), les UV ne laissent aucun résidu dans l’eau.
• Respect de l’environnement : Les systèmes UV n’utilisent pas de produits chimiques, ce qui réduit l’impact environnemental.

Limitations :

• Pas de capacité résiduelle : Les UV ne fournissent pas de protection résiduelle contre les recontaminations après traitement, contrairement au chlore.
• Qualité de l’eau : L’efficacité dépend de la clarté de l’eau ; une eau très turbide ou colorée peut nécessiter un prétraitement pour améliorer la transmission UV.

En résumé :

La stérilisation de l’eau par UV est un processus physique basé sur l’interaction des rayonnements UV-C avec l’ADN des micro-organismes. En absorbant les photons UV, les bases nucléiques de l’ADN forment des dimères qui bloquent la réplication, rendant ainsi les micro-organismes incapables de se multiplier et de provoquer des infections. Ce procédé est hautement efficace, rapide, et respectueux de l’environnement, ce qui en fait une méthode de choix pour la désinfection de l’eau potable.