vignette|redresse=1.5|Diagramme montrant le spectre électromagnétique dans lequel se distinguent plusieurs domaines spectraux (dont celui des UV) en fonction des longueurs d'onde (avec des exemples de tailles), les fréquences correspondantes, et les températures du corps noir dont l'émission est maximum à ces longueurs d'onde.
Le rayonnement ultraviolet (UV), également appelé « lumière noire » parce que généralement invisible à l’œil nu, est un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde inférieure à celle de la lumière visible, mais supérieure à celle des . Les ne peuvent être observés qu’indirectement, soit par la fluorescence, soit à l’aide de détecteurs spécialisés.
Le nom signifie « au-delà du violet » (du latin ultra : « au-delà de »), le violet étant la couleur de fréquence la plus élevée (et donc de longueur d'onde la plus courte) de la lumière visible.
Les ampoules ordinaires sont conçues pour émettre peu d'ultraviolets., à l'inverse des ampoules ultraviolettes et du soleil.
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 couleurs visibles vont de 623 à 740 nm pour le rouge et de 380 à 430 nm pour le violet. Au delà, les lumières invisibles du spectre ultraviolet peuvent être subdivisées selon leur longueur d'onde en : proches (380-200 nm), (Vacuum ultraviolet, 200-120 nm) qui, comme leur nom l'indique, ne se propagent pas dans l'air, et ultraviolets extrêmes (), d'autres standards peuvent donner d'autres définitions (cf. , Definitions of Solar Irradiance Spectral Categories en section Bandes spectrales des radiations UV) ; UV-A1 : 340−400 nm ; UV-A2 : 315−340 nm ; UV-B : 280−315 nm ; UV-C : 100−280 nm. Ces trois bandes sont standardisées.
Les ultraviolets sont la cause du bronzage mais, à haute dose, sont nocifs pour la santé humaine, notamment à cause de leur effet mutagène ; ils peuvent provoquer des cancers cutanés tels que le mélanome, provoquer un vieillissement prématuré de la peau (rides), des brûlures (coup de soleil), des cataractes. Ils sont néanmoins nécessaires à petites doses régulières pour la synthèse de la . Ils sont capables de « casser » de nombreux composés organiques en suspension dans l'air ou dans les eaux superficielles, et des agents tels que les virus à ARN, et participant à la destruction (photodégradation) de certains polluants ou de molécules odorantes (parfums des fleurs par exemple), mais aussi à la pollution photochimique (ozone troposphérique, NOx…).
Généralités
Près de 5 % de l'énergie électromagnétique 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 (400-315 nm), UV-B (315-280 nm) et UV-C (280-100 nm). Toutefois, en raison de l'absorption des UV par la couche d'ozone de l'atmosphère, 95 % 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. Ils n'ont rien à voir avec la sensation de chaleur procurée par le Soleil, qui est due aux infrarouges. L'intensité lumineuse des UV est plus importante à midi solaire et à haute altitude, car en traversant une plus courte distance dans l'atmosphère, ils ont moins de chance d'être interceptés par des molécules d'ozone. La quantité d'UV-B augmente d'environ 4 % chaque de dénivelé.
Les UV sont réfléchis 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).
Le trou dans la couche d'ozone permet les passages de spectres ultraviolets que l'ozone arrête, ce qui est potentiellement dangereux en raison de la nocivité importante de ces ultraviolets. L'Antarctique est le seul continent touché par ce trou, les effets nocifs concernent donc un très petit nombre d'êtres vivants, tels que les manchots. L'Arctique est touché , à la suite de l'hiver très froid entre 2010 et 2011 puis en 2020..
Le soleil est le plus agressif au midi solaire en été, c'est-à-dire vers 14 h dans la plus grande partie de l'Europe, en fonction du fuseau horaire. C'est pourquoi il est déconseillé de s'exposer entre 12 h et 16 h, tout particulièrement à proximité de l'eau ou de la neige qui réverbèrent une partie des UV, ou en montagne où les taux d'UV sont plus importants.
Découverte Les rayons ultraviolets ont été découverts en 1801 par le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter : examinant l'action des différentes couleurs (ou longueurs d'onde) du spectre solaire décomposé par un prisme, sur un papier imbibé de chlorure d'argent, il s'aperçut que le papier brunissait plus rapidement au-delà du violet, donc de toute couleur visible. Il qualifia ce rayonnement invisible de « rayons oxydants », à la fois pour montrer leur réactivité chimique et les opposer aux « rayons thermiques » (c'est-à-dire infrarouges), que William Herschel avait découverts l'année précédente en deçà du rouge du spectre solaire. On adopta peu après l'expression plus simple de « rayons chimiques », qui demeura en usage jusqu'à la fin du , en dépit des allégations de chercheurs qui y voyaient un rayonnement d'origine essentiellement non-lumineuse (notamment John William Draper, qui les baptisait pour cette raison « rayons tithoniquesD’après D’après . ») ; mais finalement les termes de « rayons chimiques » et de « rayons thermiques » le cédèrent aux termes de rayonnement « ultraviolet » et infrarouge, respectivementD’après D’après .
En 1878, on découvrit l'action stérilisante des courtes longueurs d'onde lumineuses sur les bactéries, et, dès 1903, on reconnut que les longueurs d'onde les plus efficaces à cet égard se situaient autour de . En 1960, l'action du rayonnement ultraviolet sur l'ADN fut établieD’après ..
La découverte des rayons ultraviolets d'une longueur d'onde inférieure à , appelés « ultraviolets cosmiques » à cause de leur absorption par la couche d'ozone, est due au physicien allemand Victor Schumann en 1893.
Prospective Étant donné leur importance en termes d'écologie, de photochimie de l'atmosphère et de santé publique, il est utile de pouvoir prévoir les taux d'UV futurs dans diverses parties du monde.
Ces projections dépendent notamment de la vitesse de cicatrisation des trous dans la couche d'ozone, de la qualité de la couche d'ozone dans le reste de l'atmosphère et donc des scénarios d'émission de gaz délétères pour l'ozone stratosphérique et d'émissions de gaz à effet de serre. De nombreux gaz qui ont contribué à la destruction de la couche d'ozone ont fait l'objet de mesures pour réduire ou arrêter leur production dans le cadre du protocole de Montréal, mais celui-ci ne prend pas en compte le protoxyde d'azote , qui contribue également à la dégradation de cette couche et dont les taux n'ont pas cessé de croître depuis. Les gaz à effet de serre jouent également un rôle car , thèse de doctorat, Université de La Réunion..
L'activité solaire varie dans le temps selon un cycle solaire (de 11 ans, lié aux taches et éruptions solaires), ce qui est une première source de modification naturelle du climat, mais aussi de variation de la quantité d'UV arrivant dans la stratosphère. En moyenne, environ 5 % de l'énergie reçue du soleil est portée par des UV, et principalement par les UV-C (de 100 à 280 nm). Ces derniers sont les plus dangereux pour le vivant, car les plus énergétiques, mais ils sont entièrement et rapidement absorbés par l’atmosphère qui protège la biosphère (au point que ces rayons UV-C ne sont donc observables que dans le vide sidéral ou au-dessus de l’atmosphère terrestre).
Cette variabilité dépend également de plusieurs paramètres géophysiques : paramètres géométriques, tels que l'angle de pénétration du rayonnement UV dans l'atmosphère qui dépend du lieu, de l'heure et de la saison ; chemin (direct ou « diffusif ») parcouru par le rayonnement UV dans l'atmosphère ; constitution physicochimique de l’atmosphère au moment où le rayonnement UV s'y propage ; avec en particulier : la densité de la couche d'ozone sur le trajet de pénétration du rayonnement UV., la nébulosité, dont les effets sont ambigus et complexes ; en effet la nébulosité cause une variabilité spatiotemporelle importante, expliquant plus 20 % de la variabilité journalière de l’indice UV., avec une échelle de variation temporelle et spatiale parfois très courte. De plus, si certains nuages filtrent efficacement, jusqu'à 50 % voire 90 % pour un ciel couvert à plus de 80 % par des nuages denses. une partie du rayonnement UV., d'autres, les cirrus ou la brume dans 80 % des cas, en augmentent au contraire l’intensité. C'est le cas quand la couverture nuageuse est fractionnée tout particulièrement au-dessus d'étendues marines ou neigeuses. : des mesures faites par Schafer en 1996 ont montré des augmentations locales de 11 % des UV reçus au sol., et en 2011, Jégou ont rapporté une augmentation de 10 % de l’indice UV pour un ciel à environ 65 % couvert de nuages.. Les aérosols naturels issus des embruns marins et des volcans, ou d'origine anthropiques , peuvent selon les contextes absorber et/ou diffuser les UV en provenance du Soleil ou réverbérés par les neiges et surfaces en eau : ils peuvent diminuer le rayonnement UV reçu au sol de près de 30 %. ou réduire le forçage radiatif.. ; l'albédo, en réverbérant une partie des UV augmente leur présence dans l'air ambiant.
Selon les données disponibles au début du , à scénario identique de changement climatique, les taux futurs de semblent conditionner de manière déterminante les valeurs futures des taux d'ozone et donc d’UV reçus au sol, surtout en zone tropicale. La complexité des systèmes nuageux (notamment liée à leur variabilité spatiale et temporelle) en fait la source majeure d’incertitude dans les projections climatiques. et des taux d’UV reçus au sol..
Effets sur les écosystèmes Beaucoup d'animaux (dont l'humain) ont besoin d'un peu d'UV pour synthétiser la vitamine D ; beaucoup d'organismes annulent ou réduisent les dégâts induits par les UV par l'évitement comportemental, la photoprotection par des pigments ad hoc, et grâce à des processus de réparation photoenzymatique; mais les méta-analyses scientifiques ont confirmé des effets délétères des UV à tous les niveaux trophiques.
Les plantes (y compris cultivées) sont sensibles à un déficit comme à un excès d’UV-B ; et par suite les herbivores et carnivores (qui en dépendent) peuvent aussi être indirectement affectés par ces manques ou excès d'UV-B.
Les écosystèmes aquatiques, marins notamment, sont très sensibles aux UV : le phytoplancton, les bactéries, cyanophycées et archées vivant dans l'eau sont particulièrement sensibles aux variations d’UV., de même que les phages et autres virus très abondants dans les eaux, notamment marines ; chez les algues, des modélisations de la photoinhibition de la production primaire par les UV dans certaines zones du Pacifique ont conclu que la composante UV de la lumière solaire entraîne une diminution de 20% du potentiel estimé de productivité primaire (tout en ayant des conséquences qui leur sont bénéfiques en endommageant certains prédateurs, concurrents et agents pathogènes moins tolérants aux UV ; la photosynthèse phytoplanctonique océanique, ource d'une grande partie de l'oxygène de l'air, dépend d'un équilibre subtil entre salinité, température et insolation par les UV-A et UV-B. ;