La dose UV expliquée : mJ/cm², UVT et durée de vie des lampes

Les micro-organismes sont inactivés lorsque la lumière UV endommage leurs acides nucléiques. Le pic d'absorption de DNA et de RNA se situe près de 260 nm, et les lampes à vapeur de mercure basse pression émettent fortement à 254 nm, assez proche pour être efficace. L'énergie casse des liaisons du matériel génétique et empêche la réplication ; elle ne tue pas nécessairement la cellule, d'où le terme correct d'inactivation plutôt que de stérilisation.

L'UV à 254 nm n'ajoute aucun produit chimique à l'eau et ne laisse aucun résiduel. C'est un avantage pour le goût et pour les procédés qui ne tolèrent pas les oxydants, mais cela signifie aussi que la protection s'arrête au réacteur. Toute contamination introduite en aval, dans le réservoir de stockage ou dans une branche morte, n'est pas neutralisée par l'UV qui a traité l'eau auparavant. Les lampes à moyenne pression émettent un spectre plus large et sont utilisées dans certains services à haut débit ou de réutilisation, mais les lampes basse pression et à amalgame dominent les applications d'eau potable.

La transmittance UV est le pourcentage de lumière à 254 nm qui traverse un échantillon d'eau de 1 cm. L'eau potable filtrée dépasse couramment 90% d'UVT. Les matières organiques dissoutes, le fer, le manganèse et la couleur absorbent les UV et abaissent la valeur ; une eau à 70% d'UVT reçoit environ les trois quarts de l'éclairement que le même réacteur délivre à 90%, de sorte que la dose diminue si le débit n'est pas réduit ou la puissance des lampes augmentée.

C'est pourquoi un réacteur doit être proposé avec l'UVT utilisée dans le calcul, et pas seulement avec un débit et une dose. Un appareil sélectionné pour 10 m³/h à 30 mJ/cm² et 90% d'UVT nécessite plus de lampes ou une chambre plus grande pour atteindre 40 mJ/cm², ou pour traiter une eau à 80% d'UVT. Demandez l'UVT de conception, le facteur d'encrassement et le facteur de fin de vie des lampes, et comparez les devis sur la même base.

Les particules font écran aux micro-organismes. Une bactérie fixée à une particule d'argile ou incorporée dans un floc peut se trouver à l'ombre de la particule et ne recevoir qu'une fraction de la dose calculée, même si l'eau qui l'entoure est assez claire pour le capteur. La turbidité diffuse aussi la lumière et réduit la pénétration. Pour l'UV en eau potable, le minimum habituel est inférieur à 1 NTU avant le réacteur, et de nombreux concepteurs visent moins de 0.5 NTU.

Une cartouche de 5 µm en amont constitue la protection standard. Elle retient les particules qui feraient écran aux micro-organismes et encrasseraient le manchon en quartz, et elle protège le réacteur après maintenance. Elle ne remplace pas la clarification : si la turbidité reste supérieure à 1 NTU, la dose UV n'est pas fiable, quelles que soient les caractéristiques annoncées du réacteur. Corrigez la filtration avant d'augmenter le nombre de lampes.

Les lampes basse pression perdent progressivement de leur puissance et sont généralement données pour 8,000–9,000 heures. Une lampe à 70% de sa puissance initiale ne délivre que 70% de la dose au même débit, ce qui peut faire descendre un réacteur de 40 mJ/cm² sous 30 mJ/cm² sans aucune alarme si le capteur n'est pas étalonné ou si les heures de lampe ne sont pas suivies. Dimensionnez le réacteur sur la puissance en fin de vie, et non sur celle d'une lampe neuve.

En règle générale, une lampe basse pression de 40 W traite environ 1 m³/h à 30–40 mJ/cm² avec une UVT supérieure à 90%. Un débit plus élevé nécessite plus de lampes ou une chambre plus grande ; une eau plus froide, une UVT plus faible et une dose cible plus élevée augmentent tous le nombre de lampes. Remplacez les lampes selon les heures ou selon la puissance mesurée, selon ce qui survient en premier, et remplacez le manchon en quartz lorsque le nettoyage ne rétablit plus les performances.

Les différents organismes réagissent différemment. Les bactéries sont relativement sensibles, les virus ont généralement besoin de doses plus élevées, et les kystes de protozoaires tels que Cryptosporidium sont inactivés à de faibles doses d'UV mais exigent tout de même un réacteur validé et le crédit logarithmique spécifié par l'autorité. L'adénovirus est l'exception parmi les virus et peut nécessiter une dose bien plus élevée que les plages ci-dessous.

Le tableau donne des plages typiques pour une inactivation de 3–4 log, et non des limites réglementaires. La bonne approche consiste à préciser l'organisme cible, le crédit logarithmique requis et le protocole de validation, puis à choisir un réacteur dont la relation dose-débit est certifiée à l'UVT de conception. Lorsqu'aucune validation n'est exigée, 30–40 mJ/cm² reste une cible de conception générale solide pour l'eau potable.

Un capteur UV mesure l'intensité de la lampe au niveau du manchon, et non la dose dans l'eau. Il reste l'indicateur continu le plus utile : si l'intensité baisse alors que le débit et l'UVT sont stables, la lampe ou le manchon en est la cause. Enregistrez ensemble l'intensité, le débit, l'UVT et les heures de lampe. Une lecture de capteur qui reste normale alors que la qualité de l'eau change est un avertissement : c'est l'instrument, et non le réacteur, qui est surveillé.

À la mise en service, vérifiez le réacteur par rapport à son rapport de validation au débit et à l'UVT de conception, confirmez l'étalonnage du capteur et réglez l'alarme de dose faible. En service, nettoyez le manchon, contrôlez la fenêtre du capteur et comparez la lecture avec un appareil de référence. Lorsque l'autorité locale exige une validation, utilisez un réacteur dont le rapport couvre le modèle, la dose et le débit exacts ; un certificat général pour la famille de produits n'est pas la même chose.

Indiquez le débit de pointe et le débit minimal, l'UVT de conception, la turbidité maximale, la température de l'eau, la dose cible et le crédit logarithmique requis. Précisez si la dose doit être respectée en fin de vie de lampe et quel facteur d'encrassement retenir. Ajoutez l'alimentation électrique, l'orientation d'installation, le diamètre de tuyauterie et les exigences d'alarme ou de verrouillage. Un devis sans ces données est une conjecture présentée comme une spécification.

Enfin, confirmez qui valide la dose. Le fournisseur du réacteur valide le matériel ; l'intégrateur système valide la chaîne installée ; l'autorité locale accepte l'eau produite. Ces trois responsabilités sont différentes, et un système d'eau potable doit les clarifier toutes les trois avant la mise sous tension de la première lampe.