Depuis la découverte de l’efficacité germicide des UV en 1901, la désinfection aux ultraviolets a été principalement réalisée à l’aide de lampes au mercure basse pression.
Le mercure est présent dans les lampes au mercure à basse pression, ce qui suscite des inquiétudes quant à la contamination de l'environnement. Tout comme le remplacement des ampoules fluorescentes par les LED, les LED devraient constituer une technologie alternative respectueuse de l’environnement. L’efficacité des LED UV est désormais inférieure à celle des lampes au mercure basse pression, malgré leur rapide amélioration annuelle. Aucune technologie de remplacement n'ayant été développée, les lampes au mercure basse pression sont donc exclues de la directive RoHS pour des utilisations particulières jusqu'au 24 février 2027 (article 4(a)). S’il s’avère qu’aucune technologie de substitution n’est disponible au-delà de 2027, cette exonération pourra être prolongée. Une extension est-elle vraiment nécessaire ? Certaines applications pourraient adopter les LED dès maintenant, selon Nichia, et presque toutes les applications pourront le faire d'ici février 2027.
Nichia présente ici un exemple concret dans lequel les LED UV sont explorées comme alternative de désinfection aux lampes au mercure basse pression.
Désinfection des surfaces à l'aide de lampes au mercure basse pression → Études de cas sur l'adoption des LED
La désinfection des surfaces, la désinfection de l'air via des purificateurs et la désinfection des systèmes d'eau et d'égouts font toutes partie du domaine de la désinfection UV à l'aide de lampes au mercure basse pression. Le nettoyage des équipements et des conteneurs de l’industrie agroalimentaire est un exemple courant de désinfection des surfaces. Dans les installations de transformation des aliments, les conteneurs sont remplis d’aliments après avoir été exposés à la lumière UV pour désinfecter l’intérieur et empêcher les germes de se développer et de contaminer les aliments.
Une illustration de contenants alimentaires exposés aux rayons UV :
Les lampes au mercure à basse pression émettent de la lumière ultraviolette au-dessus des contenants pour désinfecter l'intérieur de plusieurs contenants alimentaires à la fois. Du quartz fondu doit donc être utilisé pour recouvrir les lampes au mercure à basse pression afin d'éviter la contamination par le mercure et le bris de verre en cas de panne de la lampe.
Une illustration du rayonnement vu d’en haut :
Contrairement aux lampes au mercure à basse pression, les LED peuvent être utilisées pour irradier uniquement l'objet cible avec de la lumière UV, car leurs configurations et positions peuvent être choisies et modifiées avec précision, comme le montre l'image d'irradiation ci-dessus. D'un autre côté, les lampes au mercure à basse pression émettent de la lumière dans toutes les directions, exposant les espaces entre les conteneurs individuels et le dos des lampes à une lumière UV supplémentaire.
De plus, comme les lampes au mercure à basse pression mettent beaucoup de temps à s'allumer et à s'éteindre, elles doivent rester allumées à tout moment. Les LED, quant à elles, s'allument et s'éteignent instantanément, ce qui signifie qu'elles ne peuvent être allumées qu'en cas de besoin, réduisant ainsi potentiellement la consommation d'énergie et les émissions de CO2.
À la lumière des informations susmentionnées, les résultats d'une comparaison entre les LED et les lampes au mercure basse pression sont présentés dans le tableau suivant.
Résultat de l'étude
La puissance d'entrée nécessaire pour obtenir le même effet de désinfection dans les valeurs réelles de cet exemple de recherche est de 600 W et 312 W.
La LED UV 434C de Nichia a été utilisée pour tester l'irradiance et l'efficacité de la LED.
Selon Shikoku Electric Power CO., Inc., le facteur d'émission de CO2 pour l'exercice 2021 est de 0,527 t/MWh.
Par rapport aux LED, qui ont un rendement de 5,4 %, les lampes au mercure basse pression ont un rendement supérieur de 22 %. Cependant, les LED peuvent utiliser jusqu'à 90 % du rayonnement UV qu'elles génèrent, tandis que les lampes au mercure à basse pression n'en utilisent que 9 %. Ainsi, par rapport aux lampes au mercure basse pression, qui nécessitent 600 W d'électricité pour fournir le même effet désinfectant, les LED nécessitent 312 W. De plus, les LED ne peuvent être activées qu'en cas de besoin. Par exemple, si les lampes au mercure à basse pression restent allumées 18 heures par jour, les LED peuvent rester allumées pendant 14 heures. En supposant que chaque lampe est utilisée pendant 300 jours, la consommation électrique des lampes au mercure basse pression avec 600 W de puissance d'entrée est de 3,2 MWh par an, tandis que les LED avec 312 W de puissance d'entrée consomment 1,3 MWh par an, soit une réduction de 60 %. De plus, les émissions de CO2 sont calculées en utilisant les émissions de CO2 de 0,527 tonne pour 1 MWh d'électricité. Les LED produisent 0,69 tonne de CO2 par an, contre 1,7 tonne pour les lampes au mercure basse pression, soit une diminution de 60 %.
Feuille de route
Résumé
Les caractéristiques des LED, telles que leur utilisation élevée du flux radiant via un éclairage sélectif des régions requises uniquement et leurs capacités d'allumage/extinction instantanées, ont été utilisées dans cette étude de cas pour obtenir des avantages notables. Nichia peut donc démontrer sans équivoque que les LED peuvent servir de technologie de substitution aux lampes au mercure à basse pression.
Outre l'exemple susmentionné, Nichia collaborera avec ses clients et partenaires pour créer des conceptions utilisant les caractéristiques des LED dans d'autres applications de désinfection, telles que la désinfection de l'air et de l'eau. Nichia mettra tout en œuvre pour que la technologie LED remplace les lampes au mercure basse pression.
De plus, comme l’indique la feuille de route, les performances des LED UV se sont considérablement améliorées ces dernières années. Les progrès technologiques sont rapides grâce à l'impact synergique des attentes de développement des LED résultant des restrictions environnementales et de la nécessité de lutter contre les maladies infectieuses. Dans certains cas, l'utilisation de LED à la place des lampes au mercure à basse pression est déjà réalisée grâce au développement d'une conception qui capitalise sur les capacités des LED. Selon Nichia, cela, associé à l'amélioration impressionnante des performances fondamentales des LED UV, entraînera une tendance encore plus importante, et les LED UV seront largement acceptées comme substitut aux lampes au mercure basse pression dans toutes les applications et domaines de désinfection. Il ne sera donc pas nécessaire de prolonger l’exemption RoHS au-delà de 2027.
En plus de s'efforcer de répondre aux préoccupations sociétales, notamment l'établissement d'une société sans mercure et neutre en carbone, Nichia continuera d'améliorer les performances des LED.
