III - Les rayons Ultra-Violets

Le rayonnement ultraviolet

Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X. Le nom signifie " au-delà du violet ", le violet étant la couleur de longueur d'onde la plus courte dans le domaine de la lumière visible. Les ultraviolets ont été découverts en 1801 par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter d'après leur action chimique sur le chlorure d'argent.

Les ultraviolets peuvent être subdivisés en UV proches (380-200 nm de longueur d'onde) et ultraviolets extrêmes (200-10 nm). 

Près de 5% de l'énergie du soleil est émise sous forme de rayonnement UV. Ces rayons UV sont classés dans trois catégories en fonction de leur longueur d'onde : les UV-A, UV-B et UV-C. Toutefois, en raison de l'absorption des UV par la couche d'ozone de l'atmosphère, 99 % de la lumière UV qui atteint la surface de la terre appartient à la gamme des UV-A. Les UV traversent l'atmosphère même par temps froid ou nuageux et n'ont rien à voir avec la sensation de chaleur procurée par le soleil, qui est due aux infrarouges. Ils sont plus nombreux entre 12h et 16h et à haute altitude car en traversant une plus petite distance dans l'atmosphère, ils ont moins eu de chances d'être interceptés par des molécules d'ozone. Le trou dans la couche d'ozone est potentiellement dangereux en raison de la nocivité importante des ultraviolets. 

 

Les phénomènes que subissent les UV : 

  • L'absorption : lors de leur traversée dans l'atmosphère, une partie des rayons UV est absorbée par les molécules de gaz (par les molécules d'oxygène par exemple). Ce phénomène crée de l'énergie capable de provoquer la dissociation de la molécule de gaz en deux autres molécules par exemple.
  • La diffusion : Les rayons ultraviolets peuvent aussi être diffusés par les molécules de gaz contenues dans l'atmosphère. Sachant que plus un rayon lumineux a une courte longueur d'onde plus il est diffusé. Mais cela n'entraine pas forcément une baisse de l'intensitée lumineuse : les nuages hauts n'entrainent pratiquement pas une baisse de l'intensité tandis que les nuages bas diffusent une grande partie des rayons UV vers le haut.
  • La réflexion : Les rayons UV sont réfléchis par le sol en fonction de la nature du sol. On mesure cette réflexion par une fraction que l'on appelle l'albédo comprise entre 0 et 1. La réflexion est particulièrement forte sur la neige (albédo de 0,9). Ils sont réflechis également par l'eau (5% des UV réfléchis), le sable (20 % des UV réfléchis), l'herbe (5 % des UV réfléchis) et surtout la neige (85 % des UV réfléchis).
 
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Pour se défendre contre la lumière UV, le corps, selon le type de peau, réagit aux expositions en libérant le pigment brun de mélanine. Ce pigment absorbe les UV, ce qui permet de bloquer leur pénétration et d'empêcher des dommages aux couches plus profondes et plus fragiles de la peau. Des antioxydants (vitamines E et C, β-carotène...) peuvent neutraliser les radicaux libres formés par les UV. Les vêtements et lunettes de soleil arrêtent une partie des UV. Il existe des lotions qui contiennent des filtres ultraviolets bloquant en partie les UV. Un effet positif de la lumière UV est qu'elle permet la production de vitamine D dans la peau, c'est la principale raison de l'éclaircissement de celle-ci chez les populations sous des climats moins ensoleillés.


Les differents types de rayons UV

La différence entre UVA, UVB et UVC :

Ces trois types de rayonnements UV sont classés en fonction de leur longueur d’onde. Ils n’ont pas la même activité biologique ni le même pouvoir de pénétration de la peau. Plus le rayonnement UV a une longueur d’onde longue, moins il est nocif mais plus il a un pouvoir de pénétration cutanée.

Les UV-A (400-315 nm)

Les UVA, dont la longueur d’onde est relativement longue, représentent près de 95 % du rayonnement UV qui atteint la surface de la terre. Ils peuvent pénétrer dans les couches profondes de la peau.

Ils sont responsables de l’effet de bronzage immédiat. En outre, ils favorisent également le vieillissement de la peau et l’apparition de rides, en perturbant l'équilibre des synthèses de protéines et dans les cellules ils sont à l'origine de la production de radicaux libres, très dommageables pour celles-ci. Pendant longtemps, on a pensé que les UVA ne pouvaient être à l'origine de lésions durables. Des études récentes laissent fortement à penser qu’ils pourraient également favoriser le développement des cancers cutanés car ils affectent l'ADN de la cellule.

En revanche, ils peuvent être bénéfiques pour certains types de pathologies de la peau tel que le psoriasis ou la synthèse de vitamine D.

Les UV-B (315-280 nm)

Les UVB, de longueur d’onde moyenne, ont une activité biologique importante, mais ne s’introduisent pas au-delà des couches superficielles de la peau, ils sont relativement absorbés par la couche cornée de l'épiderme. Une partie des UVB solaires sont filtrés par l’atmosphère.

Ils sont responsables du bronzage et des brûlures à retardement. Ils sont capables de produire de très fortes quantités de radicaux libres oxygénés dans les cellules de la peau, responsables à court terme des coups de soleil et de l'inflammation. De plus ces effets à court terme, ils favorisent le vieillissement de la peau en abîmant les fibres de collagène et l'apparition de cancers cutanés. De fortes intensités d'UV-B sont dangereuses pour les yeux et peuvent causer le        " flash du soudeur " ou photokératite.

Les UV-C (280-10 nm)

Les UV-C, de courte longueur d’onde, sont les UV les plus nocifs, mais ils sont complètement filtrés par l’atmosphère et n’atteignent pas la surface de la terre.

Toutefois, des lampes UV-C sont utilisées en laboratoire de biologie pour les effets germicides, afin de stériliser des pièces ou des appareils.

La bande spectrale des UV-C est constituée de trois sous-bandes :

  • UV-C de 280 à 200 nm.
  • V-UV de 200 à 100 nm, c'est-à-dire les UV exploités dans le vide uniquement.
  • X-UV de 100 à 10 nm, transitions électromagnétiques entre les UV et les rayons X.

 

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Les différentes sources d'émission

   Les ultraviolets solaires

Le rayonnement ultraviolet fait partie du spectre électromagnétique émis par le soleil. Contrairement aux rayonnements infrarouges, qui sont à l’origine de la sensation de chaleur apportée par le soleil, et à la lumière visible accédant l’éclairement, la présence d’un rayonnement ultraviolet ne peut pas être perçue par le corps humain. Les rayonnements de longueur d’ondes les plus courtes, qui sont les plus dangereux, sont arrêtées par les couches supérieures de l’atmosphère : les UVC en totalité et les UVB en très grande partie.

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Le rayonnement UVA n’est pas arrêté par un temps nuageux, ni par les vitres et pénètre alors jusque dans les couches profondes de l’épiderme.

L’indice universel de rayonnement UV solaire est une valeur représentant l’intensité du rayonnement ultraviolet solaire en fonction du risque qu’il représente pour la santé : risque de lésions cutanées et oculaires. En Europe, l’indice UV atteint des niveaux de l’ordre de 7 ou 8. Il peut dépasser un indice UV 10 en haute montagne.

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  Les sources d’ultraviolets artificiels

Les UV peuvent être délivrés par des sources artificielles, à usage industriel, médical ou esthétique. L’exposition aux UV à but médicale est réalisée sous la responsabilité d’un médecin, dans le cadre de protocoles établis pour traiter des pathologies (rachitisme ou le psoriasis). Pour la visée esthétique : bronzage, les appareils UV mis à disposition en France sont de type UV3, c'est-à-dire émettant un rayonnement riche en UVA dont l’intensité peut aller jusqu'à un indice UV 12.

Les effets des UV sur la santé

Les effets biologiques des rayonnements ultraviolets


-       Les UVB contribuent à la synthèse de la vitamine D.

La production de la vitamine D après exposition au soleil s’ajoute à celle obtenue par voie alimentaire. C’est la partie UVB du spectre solaire qui est à l’origine de la synthèse par l’organisme de vitamine D nécessaire notamment à l’absorption du calcium par le squelette. Dans le cadre d’une alimentation diversifiée, de courtes expositions au soleil d’une petite partie du corps (visage / avant bras) suffisent à la synthèse d’une quantité maximale de la forme de réserve de la vitamine D : la pré vitamine D3 pour une personne de peau claire. Au-delà, la pré vitamine D3 est détruite par un mécanisme d’autorégulation pour éviter toute toxicité liée à un surdosage. Ainsi, il est inutile de vouloir augmenter son taux de vitamine D par une exposition prolongée aux UV.

 

-     Les UVB et les UVA induisent des dommages à l’ADN

Les UVB déduisent une pigmentation d’adaptation de la peau ou bronzage qui apparait au troisième jour après exposition et qui dure 3 à 4 semaines. L’intensité du bronzage dépend fortement des capacités génétiques de chaque individu à synthétiser de la mélanine.  Il s’accompagne d’un épaississement de l’épiderme permettant une certaine protection naturelle vis-à-vis d’expositions ultérieures aux UV.

Les UVB sont également responsables de l’effet « coup de soleil », du à une exposition excessive au soleil.

Les UVA sont à l’origine d’une pigmentation immédiate et passagère de la peau, dite « effet bonne mine ». L’intensité de cette pigmentation est dépendante de la pigmentation originelle de la peau. La capacité des UVA à déclencher un coup de soleil est beaucoup plus faible que celle des UVB. Ainsi, après exposition aux lampes de bronzage UV, riches en UVA et pauvres en UVB.

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Enfin, la pigmentation de la peau, qu’elle soit induite par les UVB ou les UVA, s’accompagne d’altérations de la structure de l’ADN pour des doses inférieures à celle déclenchant un coup de soleil. Les systèmes cellulaires de réparation des dommages de l’ADN, peuvent être saturés lors d’expositions intenses ou répétées, ce qui provoque l’apparition de mutations génétiques et de tumeurs.

 

-          Les UVA source d’un vieillissement cutané prématuré

Les UVA dégradent le collagène et induisent la production de radicaux libres dans les cellules de la peau, cela provoquent alors un vieillissement cutané prématuré qui se produit par l’apparition de taches, un amincissement de la peau et l’apparition de rides 10 à 20 ans après les expositions.

 

-          Les UVA principalement peuvent entrainer des atteintes oculaires

 Les effets aigus sur l’œil, en particulier des UVA pouvant traverser la paupière, sont une photokératite : une inflammation de la cornée et une photoconjonctivite. A long terme, l’opacification du cristallin (cataracte) est très fréquente, il est possible d’observer des cancers oculaires dans des cas moins habituels. Les UVA sont particulièrement dangereux pour les yeux des enfants dont le cristallin très transparent jusqu’à 7ans ne joue que brièvement le rôle de filtre, induisant des microlésions de la rétine.

 

-          Cancers de la peau

Les carcinomes

Majorité des cancers cutanés dénombrés chaque année, également les moins graves. Apparaissent généralement après 50 ans, directement liés pour certains d’entre eux à la quantité de soleil reçue depuis la naissance. Ce sont des personnes à surveiller car présence d’un risque élevé à développer un deuxième cancer cutané.

Les mélanomes

Cancer plus rares pouvant apparaitre à un âge jeune, parfois à partir d’un grain de beauté. Liés principalement aux coups de soleil reçus, notamment durant l’enfance. Possiblement grave, pouvant entrainer des métastases (processus par lequel des cellules tumorales prolifèrent et se dispersent dans l'organisme pour atteindre d'autres organes).



Tableau phototype

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