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Comme aide à la compréhension de ce chapitre servez-vous du questionnaire N°24 Questionnaire en ligne 356-371 (partie 1) Questionnaire en ligne 372-385 (partie 2) Évaluation des risques téléchargez le document de travail |
| Le rayonnement UV Ce cours va vous renseigner sur le rayonnement UV, sur les lampes UV, sur les risques liés à l’utilisations des UV et sur la maintenance des systèmes. Pour étudier ce cours vous avez à votre disposition un questionnaire qui, une fois bien rempli, sera un bon résumé du cours. Vous pourrez vérifier vos connaissances à l’aide d’un QCM dédié (N° 19 et N° 20). En marge de ce cours je vous demanderai d’établir sur papier des procédures d’utilisation et une évaluation des risques.
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| Définition Le mot ultraviolet s’écrit de deux manières : sans “trait d’union” ou avec un trait d’union (ultra-violet). C’est un adjectif qui qualifie en général le mot “lumière” ou le mot “rayonnement”. Bien que je le fasse immédiatement plus bas par analogie, l’employer comme un nom n’est pas correct, on ne peut pas dire “l’ultraviolet” comme on dirait “le rouge” ou “le bleu”, “rouge” et “bleu” étant à la fois substantifs (nom) et adjectifs. Littéralement le mot signifie “au-delà” du “violet”. Si l’on se représente, sur une ligne, la portion du rayonnement électromagnétique qui correspond à la lumière visible, l’ultraviolet se situe immédiatement avant le violet, qui est la dernière couleur que peut voir un être humain, “au-delà” le rayonnement est invisible pour nous. Certains êtres vivants voient le rayonnement UV, c’est le cas des abeilles et des mésanges bleues où la lumière UV joue un grand rôle dans leur vie (à ce sujet Cf l’information affichée dans la pièce d’insolation du CFA). Le rayonnement électromagnétique est constitué de particules dépourvues de masse que l’on nomme “photons”. Ces particules se déplacent à la vitesse de la lumière, et ont des longueurs d’onde distinctes. Plus la longueur d’onde est courte, plus l’énergie est grande. Le rayonnement ultraviolet (UV en abrégé) a une énergie plus grande, et donc une longueur d’onde plus courte que le rayonnement infrarouge (IR en abrégé). Les longueurs d’onde se mesurent en nanomètre (nm en abrégé). Un nanomètre c’est un milliardième de mètre (10-9 m). Sur un schéma linéaire on peut donc représenter les différentes longueurs d’onde. Les rayonnements cosmiques ont les plus petites longueurs d’onde et les ondes radio les plus grandes. Le rayonnement UV se situe dans la zone qui va de 10 nm à 400 nm, les couleurs visibles se situent de 400 nm à 700 nm, les infrarouges se situent 780 et 1000 nm. Généralités Environ 5% de l’énergie du soleil est émise sous forme de rayonnement ultraviolet. Les rayonnements UV ont été classés en trois catégories en fonction de leur intensité. UV-A qui ont le moins d’énergie, UV-B et UV-C qui ont plus d’énergie. L’atmosphère et notamment la couche d’ozone de très haute altitude filtre le rayonnement solaire, si bien que presque seuls les UV-A atteignent la surface de la terre. Si l’ozone qui enveloppe la terre continuait à se dégrader les rayons UV nocifs atteindraient la surface de la terre. |
le rayonnement UV par rapport aux autres rayonnements |
| Classification Les UV sont classés en fonction de leur pouvoir de pénétration du support. Les UV-A pénètrent plus profondément que les UV-C. Les UV-V sur le schéma sont une sous-catégories des UV-A, de même les X-UV et les V-UV sont une subdivision des UV-C. |
pénétration des UV sur le support en fonction de leur longueur d'onde |
| Utilisation Les tubes fluorescents produisent des UV, le tube est recouvert à l’intérieur d’un enduit fluorescent qui absorbe les UV est les restituent sous forme de lumière visible. Les lampes halogènes produisent aussi des UV, c’est pour cela que l’on peut s’en servir pour insoler des écrans. Pour cela il est nécessaire d’ôter le verre de protection qui filtre les UV. Par contre en utilisation d’éclairage il est nécessaire de laisser cette vitre en place. Il y a beaucoup d’autres utilisations de la lumière ultraviolette, nous ne retiendrons pour la suite que les applications liées à la sérigraphie, à savoir le séchage des encres et l’insolation des écrans. |
| Les lampes Définition : il est dans l’usage courant d’appeler “lampe” l’ensemble que forme une ampoule, son support et son abat-jour, je vais appeler ici “lampe” l’ensemble “ampoule et réflecteur”. L’ampoule est un tube de quartz rempli d’un peu de mercure et d’un gaz (généralement du xénon). Ce gaz sert au démarrage de la lampe. A l’intérieur et à chaque extrémité se situe une électrode. La durée de vie d’une lampe se compte en heure de marche. Elle se situe dans une fourchette de 1000 à 5000 heures. Quand un courant électrique de haute tension passe d’une électrode à l’autre, un arc électrique se produit qui a pour effet de chauffer le gaz xénon et ainsi, peu à peu, monter la température à l’intérieur de la lampe. Quand la lampe est chaude, c’est-à-dire qu’elle a atteint une température de 600°C (cette température peut aller jusqu’à 800°C), le mercure se vaporise, émettant ainsi des photons. Certains de ces photons ont évidemment la longueur d’onde correspondant à la lumière UV. On considère que 20% des photons émis sont dans les longueurs d’onde UV, 5% dans celle de la lumière visible et 75% dans celle des infrarouges. La puissance des ampoules est notée en Watt par centimètre (W/cm). Plus la puissance de la lampe est élevée, plus l’énergie produite est élevée. Cette donnée ne rend que partiellement compte de l’énergie UV produite. Pour parler de l’énergie UV on parlera d’irradiation UV. Les autres données dont il faut tenir compte pour connaître l’irradiation que l’on a, sont : l’âge de la lampe, le diamètre du tube (une ampoule d’un diamètre de 2 cm irradiera plus qu’une d’un diamètre de 3 cm), la forme de réflecteur, la propreté générale de la lampe (à ce propos voir plus bas le paragraphe sur la maintenance). |
schéma d'une lampe UV |
| Comme
il est dit au paragraphe précédant les lampes UV émettent aussi des
infrarouges. Les infrarouges c’est de la chaleur. Cette chaleur est
préjudiciable aux supports car elle a pour conséquence de les déformer.
Les réflecteurs ont pour fonction de focaliser les rayons, mais aussi
d’évacuer cette chaleur non désirée. Pour cela des dispositifs de
refroidissement sont en général disposés autour des lampes. On se sert
de l’eau ou de l’air. Le plus efficace est le refroidissement par eau. Le réflecteur est la partie de la lampe qui tient lieu d’abat-jour. Comme un abat-jour le réflecteur a pour fonction de concentrer et de diriger la lumière a un endroit voulu. Pour que cette concentration soit optimale la surface du réflecteur doit être le plus lisse possible. Les aspérités de la surface qui doit réfléchir la lumière ne doivent pas dépasser 100 nm. La deuxième fonction d’un réflecteur est d’évacuer les rayons infrarouges (la chaleur). Les réflecteurs en aluminium assurent très mal cette fonction puisqu’ils réfléchissent aussi bien les rayons UV que IR. Un bon réflecteur doit avoir sa surface réfléchissante composée de matériaux absorbant les rayons IR, par exemple elle doit être composée de quartz ou d’oxydes métalliques. Cette fonction d’absorption des IR est accentuée sur les réflecteurs refroidis par eau ou par air. |
dispositif de refroidissement d'une lampe UV |
| Le
séchage dans une atmosphère inerte (sans oxygène) optimise encore le
rendement des lampes UV. L’oxygène gêne en effet la diffusion du
rayonnement UV. Il s’agit, au niveau du support, de remplacer l’air
ambiant par des gaz comme l’azote par exemple. Le séchage est ainsi
optimisé ; on peut alors augmenter la vitesse du tapis du tunnel de
séchage, limitant ainsi l’exposition du support à la chaleur. La chaleur est responsable de la déformation des supports, un des principaux soucis des sérigraphes (rappel). Les réflecteurs ont des formes qui concentrent les rayons différemment. On rencontre par exemple des formes “paraboliques” et d’autres “elliptiques”. |
formes des réflecteurs |
| Formulation des encres UV Une encre UV est composée de polymères acrylates (40-50 %), de pigments organiques ou minéraux (15-20 %), charge et additifs (1-8 %), monomères acrylates (5-20 %) et de photoinitiateurs (5-12 %). C’est ce dernier composant qui déclenche la réaction de polymérisation. L’odeur d’ozone L’ozone représente un danger pour la santé et provoque aussi une oxydation plus rapide des pièces métalliques du tunnel de séchage. Le rayonnement inférieur à 200 nm, au contact de l’oxygène (O2) de l’air, produit de l’ozone (O3). Les ateliers mal ventilés ont cette odeur caractéristique de l’ozone. Une trop grande concentration d’ozone provoque des maux de tête et des picotements au niveau des yeux et chez les personnes asthmatiques peut provoquer des crises. Les ventilateurs dont les tunnels sont équipés contribuent à évacuer l’ozone vers l’extérieur. Il convient aussi de traiter cet air évacué. L’air à l’extérieur des ateliers est souvent lui aussi saturé d’ozone. L’ozone étant produit par l’oxyde de carbone (produit par les voitures par exemple) combiné avec les Composés Organiques Volatils (COV) produits par les industries, sous l’action du soleil et de l’air stagnant. Quand ces conditions sont réunies les pics de pollution à l’ozone sont vers 17 heures (en Provence - France). Maintenance des systèmes Nettoyages lampes et réflecteurs Les réflecteurs et les lampes doivent rester propres. On peut dire qu’un réflecteur poussiéreux diminue la réflexion des rayons de 50% par rapport à un réflecteur propre. Le nettoyage des lampes se fait avec un chiffon qui ne peluche pas. On peut imbiber ce chiffon d’alcool. Il ne faut pas manipuler les ampoules avec les doigts. En effet si le gras de la peau se dépose sur le tube, il entraîne la décoloration et la fragilisation du quartz. Normalement on doit porter des gants de coton pour faire cette opération. Rotation des lampes Un dépôt se forme à l’intérieur du tube de quartz. Pour unifier ce dépôt on tourne à chaque nettoyage les tubes de 90°. Changement de la lampe La durée de la vie d’une lampe est d’environ 1500 heures en moyenne. Cette durée est fonction de la fréquence de l’allumage de la lampe. Plus la lampe est allumée et éteinte, plus sa durée de vie diminue. Cette durée est aussi dépendante de la puissance que l’on utilise, c’est-à-dire que si l’on utilise la lampe tout le temps à demi puissance elle durera d’autant plus longtemps. Certains sécheurs UV notent le nombre d’heures d’utilisation de la lampe. Le système de ventilation doit être dépoussiéré assez souvent pour fonctionner de manière optimale. |
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Mots clés pour poursuivre la recherche : Pour en savoir plus sur la perception des couleurs lire ce très bon article : |
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© Serge RENOUD |
