Fabrication d’une enceinte UV-C

Résumé

L’enceinte UV-C décrite dans cet article permet de traiter des lots de plantes avec des rayonnements ultraviolets C (UV-C) à très haute énergie. Cette enceinte est composée d’un plafond lumineux pivotant formé par neuf lampes UV-C ayant un pic à 254 nm, d’un plateau réglable en hauteur ainsi qu’un système de sécurité afin de protéger l’expérimentateur contre les rayonnements UV-C émis par les lampes. Cette enceinte permet de délivrer des doses précises d’UV-C, définies par un temps d’exposition mesuré en fonction de la puissance maximale des lampes. Elle est utilisée pour (1) estimer l’impact de ces rayonnements sur le photosystème des plantes et (2) déterminer leur effet sur la résistance induite vis à vis des agents phytopathogènes. La conception et la fabrication de l’enceinte UV-C a été l’occasion pour les membres de l’Atelier de l’Unité INRA Pathologie Végétale de partager leurs savoir-faire avec les chercheurs de l’Unité et ceux du Laboratoire Physiologie des Fruits et Légumes de l’Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse. Mots clés : rayonnement UV-C, traitements, plantes, agents pathogènes Annexe 1 257 .Des travaux de recherche ont été initiés depuis plusieurs années dans l’équipe de Physiologie des Fruits et Légumes (UMR Qualisud, Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse) en collaboration avec l’Unité Pathologie Végétale (INRA PACA) pour évaluer la possibilité d’utiliser les rayonnements ultraviolets C (UV-C) comme outil de protection des plantes contre des agents pathogènes tels que Botrytis cinerea ou Sclerotinia sp. (Ouhibi et al., 2015a,b ; Urban et al., 2014, 2016, 2018 ; Vasquez et al., 2017). Les rayons UV-C sont des rayonnements électromagnétiques de très haute énergie dont le spectre de longueurs d’onde s’étend de 200 à 280 nm. Les rayonnements avec une longueur d’onde de 254 nm sont utilisés pour leurs propriétés germicides, en particulier bactéricides (Bank et al., 1990). Ils agissent par dénaturation de l’ADN des microorganismes. D’après une étude de l’INRS (Institut national de recherche et sécurité), les risques les plus importants d’une exposition humaine à ces rayons sont d’une part, les cancers de la peau et les mélanomes malins, et d’autres parts, les atteintes de la cornée et les risques de cataractes (Barlier-Salsi et al., 1998). Dans cet article, nous détaillons la construction d’une enceinte permettant de traiter les plantes avec des rayonnements UV-C à des doses optimisées et contrôlées. Cette enceinte a été construite en tenant compte des contraintes de sécurité liées à l’utilisation de tels rayonnements (enceinte entièrement fermée où les rayonnements sont confinés à l’intérieur) ainsi qu’aux besoins expérimentaux (traitements répétés de nombreux lots de plantes). 3. Construction de l’enceinte L’enceinte est construite en contreplaqué de 20 mm, ces dimensions intérieures sont : longueur 1110 mm, largeur 485 mm, hauteur sous lampes 740 mm, hauteur totale 1150 mm. Les panneaux sont découpés puis vissés sur le champ des panneaux adjacents par des vis à bois en inox. Le fond arrière vissé assure la stabilité de l’ensemble. Endessous de la cabine, trois chevrons de 50 mm x 70 mm sont vissés, cela permet au panneau du fond de ne pas appuyer directement sur la table de culture qui est souvent  humide et évite ainsi sa dégradation prématurée. Pour éviter l’absorption interne des rayons par le contreplaqué, une tôle en inox poli miroir de 1 mm d’épaisseur et d’une hauteur de 650 mm a été fixée sur tout le pourtour, sur les portes, ainsi qu’au-dessus des lampes UV-C. Les rayons sont ainsi reflétés de tous les côtés sans pertes d’efficacité, tout en gardant un environnement lumineux le plus homogène possible. Sur la partie avant, deux portes de 735 mm de hauteur et une imposte fixe viennent fermer l’ensemble (Figure 68). Figure 68 : Enceinte en cours de construction. Les tôles en inox sont revêtues d’un film plastique qui protège de l’oxydation, et qui sera retiré au dernier moment. On aperçoit également le support des lampes et des ballasts. (Photo : Frédéric Pascal, INRA PACA). Afin de pouvoir utiliser l’enceinte avec différentes espèces végétales, une étagère de fond amovible permettant d’ajuster la hauteur des plantes par rapport aux lampes a été mise en place. Les plantes traitées aux UV-C doivent avoir leurs sommets à 30 cm de distance minimum des lampes pour éviter les brûlures des feuilles. La hauteur de l’étagère du fond est réglée en intercalant des cales de dimensions appropriées sous celle-ci (Figure 69). Annexe 1 259 Figure 69 : Étagère amovible permettant d’ajuster la distance entre les plantes et les lampes UV-C. (Photo : Frédéric Pascal, INRA PACA). Afin de réaliser les traitements UV-C, nous avons construit un plafond lumineux permettant de travailler en toute sécurité. Les lampes UV-C que nous avons utilisées sont de la marque OSRAM® et de type PURITEC HNS L 24W 2G11. Les lampes sont montées sur des douilles 2G11 et sont alimentées par des ballasts électroniques de marque OSRAM® et de type QUICKTRONIC PROFESSIONAL QTP-DL 1 x 18-24. Elles sont au nombre de neuf pour couvrir toute la surface de l’enceinte. À l’allumage, les lampes nécessitent un temps minimum de 10 min pour atteindre leur puissance nominale et se stabiliser. Pour cette raison, nous avons mis en place un système de support de lampes rotatif qui permet :  de laisser les lampes allumées durant tout le temps nécessaire à la réalisation de l’expérimentation, sans interruption entre chaque lot de plantes traitées ;  d’introduire et de sortir les plantes de l’enceinte sans risque pour l’opérateur d’une exposition aux rayons UV-C ;  de contrôler précisément le temps d’exposition des plantes. Annexe 1 260 Le châssis de support de lampes, réalisé en acier inoxydable, comprend deux rectangles réalisés en tubes de forme carrée de 20 mm de côté : un pour porter les lampes et l’autre pour les ballasts. Un tube carré de 30 mm est soudé au milieu entre les deux rectangles, il sert d’axe central et permet d’avoir un espace assurant une meilleure ventilation (Figure 70). Entre les lampes et les ballasts, une tôle en acier inoxydable de finition « miroir » a été fixée, ce qui permet de réfléchir les rayons des lampes et de protéger les ballasts d’un échauffement excessif. La rotation de l’ensemble d’un demitour selon un axe horizontal permet :  quand les lampes sont tournées vers le bas d’exposer les plantes aux rayons UVC ;  quand les lampes sont tournées vers le haut d’introduire ou de sortir les plantes en toute sécurité. Figure 70 : Châssis support des lampes et des ballasts. (Photo : Frédéric Pascal, INRA PACA).   L’alimentation électrique du dispositif se fait par un câble souple de type H07VVF 3G2.5 qui passe à l’intérieur de l’axe central. Grâce à cela, la rotation d’un demi-tour sur plus d’un mètre ne pose aucune contrainte au câble (Figure 71). Figure 71 : Passage du câble électrique souple au travers de l’axe central de rotation des lampes. (Photo : Frédéric Pascal, INRA PACA). La rotation d’un demi-tour est assurée par un système simple de manivelle rendue solidaire du support des lampes par une clavette. Des loquets permettent de maintenir la manivelle dans la position voulue (Figure 72). Des contacts électriques de sécurité positionnés contre le bras de manivelle et sur chaque porte coupent l’alimentation électrique en cas d’ouverture inopinée des portes quand les lampes sont tournées vers le bas (Figure 73). L’opérateur est ainsi protégé de tout risque d’exposition aux rayonnements. Annexe 1 262 Figure 72 : Manivelle et loquets maintenant la position. On voit également le contact électrique de sécurité. (Photo : Frédéric Pascal, INRA PACA). Figure 73 : Contacts de sécurité des portes et du loquet de maintien. (Photo : Frédéric Pascal, INRA PACA).

Mesures de l’intensité des rayonnements UV-C des lampes

Afin de déterminer le temps nécessaire à la stabilisation du rayonnement reçu au niveau des plantes et de pouvoir calculer exactement le temps d’exposition des plantes aux rayons correspondant à une dose d’UV-C souhaitée, des mesures des rayonnements émis par les lampes ont été réalisées. Pour cela, nous avons utilisé un photomètre/radiomètre SOLAR LIGHT PMA 2100 (Figure 74-A) équipé d’un capteur PMA-2122 (UV Germicidal Detector) (Figure 74-B). Afin de vérifier l’homogénéité du rayonnement sur toute la surface de l’enceinte, le capteur a été placé à différents points de la plateforme (Figure 75). À chaque point, la mesure de l’intensité maximale du rayonnement reçu (μW/cm²) est réalisée pendant 1 min.