Les LED ont été appliquées à la désinfection de l’air, au traitement de l’eau, à la décontamination des surfaces et au durcissement . La lumière avec des longueurs d’onde dans la gamme de 200-280 nm (UV-C), 280-320 nm (UV-B), 320-400 nm (UV-A et proche UV-visible, NUV-Vis), et 400-470 nm (lumière bleue) a été étudiée pour comprendre leur efficacité antimicrobienne. Les longueurs d’onde plus longues, c’est-à-dire l’infrarouge et le rouge (630-1000 nm), sont utilisées pour des applications telles que la photothérapie, la teinture, le durcissement des revêtements et le durcissement des encres. L’efficacité antimicrobienne de l’énergie lumineuse émise par les lampes, en particulier dans la gamme des UV-C, a été bien documentée. La plupart des études sur les LED se sont concentrées sur l’application des LED UV-C pour la désinfection de l’eau. Cependant, l’application des LED qui émettent de la lumière à des longueurs d’onde telles que 365 nm, 395 nm et 455 nm est en train d’émerger dans la transformation des aliments et le traitement de l’eau.

Traitement par LED des aliments solides

L’efficacité des traitements par LED des aliments solides dépend du type et de la nature des produits et composants alimentaires, de l’activité de l’eau (aw) et de la morphologie de la surface des aliments. Des paramètres tels que la longueur d’onde de la lumière, la durée du traitement, la dose, la température d’éclairement, l’humidité relative et les paramètres microbiologiques sont également importants. Les fruits frais coupés prêts à consommer ont une forte demande sur le marché. Ces produits sont stockés dans des réfrigérateurs, mais ils sont sensibles aux micro-organismes résistants, bien que la croissance de ces organismes soit limitée à basse température. Les LED ont montré une efficacité antibactérienne prometteuse dans ces produits, bien que leur efficacité antibactérienne soit affectée par de nombreux paramètres du produit et du processus, y compris le type de produit, la composition, la température de traitement et les conditions environnementales. Des LED émettant une lumière à 405 nm ont induit une réduction de 1-1,2 log UFC/cm2 (unités formant colonie par cm2) dans des papayes fraîchement coupées inoculées avec des Salmonella. La papaye a été traitée avec une dose totale de 1,7 kJ/cm2 à une température fixe de 4 °C pendant 48 h . L’efficacité antibactérienne des LED de 405 nm a été confirmée par une autre étude de Kim et al. sur des mangues fraîchement coupées, dans laquelle le nombre de cellules d’un cocktail de trois souches d’E. coli O157:H7, de trois sérotypes de L. monocytogenes et de cinq sérotypes de Salmonella spp. a été réduit à moins de 1,6 log CFU/cm2 avec des LED de 405 nm.6 log CFU/cm2 avec une dose totale de 2,6-3,5 kJ/cm2 pendant 36-48 h. Les E. coli O157:H7 et Salmonella dans la culture cocktail ont été réduits en dessous du seuil de détection avec 36 h de traitement à 4 °C et à 10 °C, ce qui indique que l’efficacité antibactérienne de la LED dépend du type de bactéries. Les effets de stérilisation du traitement par LED à lumière visible sur les fruits frais coupés ont également été étudiés. Ghate et al. ont testé les effets antibactériens d’une LED de 460 nm à différentes températures d’illumination et irradiations sur des ananas fraîchement coupés infectés par un cocktail de S. enterica. Une réduction maximale de 1,72 log CFU/g a été obtenue avec une irradiance de 92 mW/cm2 à une température d’illumination de 16 °C. La variation des irradiations a eu des effets insignifiants sur l’inactivation. Les doses d’énergie élevées utilisées pendant de longues périodes avec de faibles réductions des agents pathogènes cibles peuvent limiter les applications pratiques du traitement par LED, à moins que l’efficacité antimicrobienne ne soit améliorée.

Les fruits de mer comme les mollusques et les crabes sont des sources riches en protéines et autres composants nutritionnels et sont sujets à la contamination microbienne par de nombreuses sources, soit en raison de la pollution, soit par des sources de pré- ou post-traitement. Les LED, une technologie antibactérienne non thermique émergente, ont été testées sur des fruits de mer contaminés. Dans une étude de Josewin et al., l’efficacité d’une LED bleue (460 nm) avec un photosensibilisateur à base de riboflavine a été étudiée sur du saumon fumé inoculé avec un cocktail de 4 souches de L. monocytogenes. Les effets synergiques d’une LED (15 mW/cm2) et de la riboflavine (100 μM) ont produit des réductions de 1,2 et 1,1 log CFU/cm2 à des températures ambiantes de 4 °C et 12 °C, respectivement. Le traitement par LED des fruits de mer pourrait les rendre sensibles à une condition acide ultérieure. Ceci a été rapporté dans une étude sur du saumon prêt à consommer inoculé avec un cocktail de L. monocytogenes et Salmonella spp. Un traitement par LED de 405 nm pendant 8 heures, avec une dose totale de 460,8 J/cm2, a produit une réduction de 0,4 et 0,3 log CFU/cm2 du nombre de cellules de L. monocytogenes et une réduction de 0,5 log de Salmonella spp. à 4 °C et à 12 °C. Bien que l’inactivation ait été faible, les deux bactéries avaient une valeur D réduite (temps nécessaire pour réduire 90 % de la population dans le liquide gastrique simulé) par rapport aux échantillons non traités, et les échantillons traités étaient plus sensibles au liquide gastrique simulé. Cependant, cet effet a varié pour les deux souches, Salmonella spp. (gram-négatif) ayant montré une plus grande sensibilité que L. monocytogenes (gram-positif), ce qui indique que le traitement a inactivé les bactéries gram-positives et gram-négatives de manière différentielle .

En raison d’une teneur élevée en eau, les produits carnés prêts à consommer sont très sensibles à la contamination par des agents pathogènes d’origine alimentaire. Comme la cuisson de la viande tue les agents pathogènes mais diminue également la valeur nutritionnelle de la viande, le choix d’un temps et d’une température de cuisson optimaux constitue un défi. Kim et al. ont mesuré l’effet sur S. Enteritidis inoculé sur de la viande cuite avec une LED pulsée émettant une lumière à 405 nm. Une dose totale de 3,8 kJ/cm2 à 4 °C a produit une réduction de 0,8-0,9 log CFU/cm2. Une expérience similaire à température ambiante a produit une réduction plus faible de S. Enteritidis. Les systèmes à LED peuvent être conçus pour produire des traitements continus ou pulsés, selon les exigences de l’objectif, mais les efficacités de traitement peuvent varier en fonction de la conception. Cet aspect a été signalé dans des recherches récentes menées sur des champignons blancs et des saucisses commerciales prêtes à consommer. Le traitement par LED UV-C pulsé avec une fréquence de 20 Hz et un rapport cyclique de 50 % a montré une meilleure efficacité antibactérienne que le traitement par LED UV-C continu contre des cocktails de trois souches contenant E. coli O157:H7, S. Typhimurium et L. monocytogenes. Le traitement continu a donné lieu à des réductions de 2, 1,5 et 2 log, tandis que les LED pulsées à un dosage de 5 J/cm2 ont donné lieu à des réductions de 3, 4 et 4 log d’E. coli, Salmonella et Listeria, respectivement, dans les saucisses prêtes à consommer. Dans les champignons blancs, l’irradiation continue a entraîné des réductions de 2, 1 et 1 log et les LED pulsées ont produit des réductions de 2, 1,5 et 1,8 log, respectivement pour E. coli, Salmonella et Listeria. Les LED émettant de la lumière dans le spectre visible doivent faire l’objet d’une évaluation plus approfondie.

On a signalé de nombreux cas de maladie en Amérique du Nord causés par la contamination bactérienne du fromage. La présence d’une forte humidité dans les produits fromagers favorise la croissance et la survie des agents pathogènes d’origine alimentaire. Les traitements par LED pulsées ont le potentiel de décontaminer ces produits. Dans une étude récente menée sur du camembert en tranches, une LED UVC émettant une lumière de longueur d’onde 266 nm a produit des réductions de 4,88, 4,72 et 3,52 log dans le camembert contenant des cocktails d’E. coli O157:H7, S. Typhimurium et L. monocytogenes, respectivement. De plus, les traitements par LED UVC de plus grande longueur d’onde (266-279 nm) ont montré des réductions de 4-5 log dans E. coli O157:H7 et Salmonella spp, tandis qu’une réduction de 3-4 log de Listeria spp. dans le fromage camembert tranché a été obtenue avec un traitement de 3 mJ/cm2 .

La contamination des aliments à faible activité de l’eau (aw) tels que les noix sèches, les céréales et les aliments pour animaux de compagnie (aw < 0,85) est une préoccupation mondiale, car les micro-organismes prospères finissent par développer une résistance aux efforts de décontamination. Les agents pathogènes d’origine alimentaire peuvent survivre pendant de longues périodes dans un état dormant et deviennent actifs lorsqu’ils sont exposés à un environnement favorable. Il y a eu peu d’études sur l’efficacité antibactérienne des traitements par LED dans les aliments à faible aw, mais les études réalisées ont montré des résultats prometteurs. Lacombe et al. ont traité des amandes décortiquées avec une LED de 405 nm et ont obtenu des réductions maximales de 2,44, 0,96, 1,86 et 0,7 log CFU/g dans E. coli O157:H7, S. Typhimurium, E. coli K12 et S. Enteritidis, respectivement. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer l’efficacité antimicrobienne des traitements par LED des aliments à faible activité de l’eau en utilisant différentes longueurs d’onde (275, 365, 395 et 455 nm) de l’énergie lumineuse. Les résultats des traitements par LED des aliments solides sont énumérés dans le tableau 2.

Les caractéristiques de surface des aliments influencent l’efficacité d’inactivation du traitement par LED. Les effets variables des LED UV-C sur les champignons blancs et les saucisses étaient probablement dus à la pénétration limitée de la lumière dans la matrice alimentaire . Cependant, il n’est pas clair pourquoi l’élimination des bactéries gram-positives a nécessité une dose de LED plus élevée que l’élimination des bactéries gram-négatives. L’inactivation bactérienne s’est également améliorée avec l’augmentation du rapport cyclique. Dans le domaine visible, une LED de 461 nm a déployé une meilleure efficacité d’inactivation bactérienne que les LED de 521 nm et 642 nm . La température d’illumination du traitement a influencé l’efficacité de la LED basée sur et la longueur d’onde de la LED utilisée dans le traitement .

Traitement par LED des aliments liquides

Les aliments liquides tels que les boissons sont des cibles vulnérables pour la contamination pathogène en raison de leur composition élevée en aw et en glucides. Communément, des conservateurs chimiques sont ajoutés aux aliments liquides pour prolonger leur durée de conservation et réduire la croissance microbienne. Cependant, en raison de la demande croissante d’aliments sans additifs et des préoccupations croissantes des consommateurs concernant la sécurité des ingrédients alimentaires, des traitements tels que la lumière ultraviolette comme moyen physique de réduire les agents pathogènes ont été largement étudiés dans les aliments liquides. Les effets désinfectants du traitement UV utilisant une large gamme de longueurs d’onde produites par différentes sources (par exemple, lampes à mercure, lampes à excimère, lampes à micro-ondes) sur les aliments liquides, tels que le cidre de pomme, les jus, la bière et le lait, ont été étudiés. Les études ont porté sur des agents pathogènes courants d’origine alimentaire, tels que E. coli, l’oocyste C. parvum, S. cerevisiae, L. innocua, les levures et les moisissures. Les LED peuvent émettre de la lumière dans une large gamme de longueurs d’onde, y compris le visible, les UVA, les UVB et les UVC, par conséquent, son activité antimicrobienne a été appliquée sur plusieurs aliments liquides.

Les études sur les effets antimicrobiens dans les aliments liquides des traitements par LED ont principalement porté sur le jus de pomme, le jus d’orange et le lait. Par rapport à l’eau, les aliments liquides sont des systèmes complexes contenant des pigments, des fibres et des particules insolubles, et la turbidité et la couleur des aliments liquides peuvent affecter l’efficacité antimicrobienne des traitements par LED. Lian et al. ont utilisé une LED UVA pour évaluer son activité de désinfection dans des solutions colorées et du jus d’orange inoculé avec E. coli DH5α. Différents colorants alimentaires, des caroténoïdes, le flavonoïde jaune de carthame, et des colorants alimentaires mélangés de couleur melon-L, et de couleur raisin RCG ont été préparés à différentes concentrations de 0,001 à 0,1% avec E. coli DH5α, et une lumière UVA-LED de 126 J/cm2 a été utilisée pour traiter les solutions. Cette quantité d’énergie utilisée était cependant énorme, techniquement possible, surtout avec des LED de 365, 395 et 455 nm. Les auteurs ont utilisé des LED UV-A d’une intensité de 70 mW/cm2 pendant 30 minutes. Un certain nombre d’études ont été rapportées, montrant l’énorme dose d’énergie des impulsions de lumière bleue et UV-A émises par les LED, utilisées pour l’inactivation microbienne dans diverses matrices alimentaires solides/liquides. Cependant, les doses d’énergie rapportées des LED UV-C étaient significativement plus faibles, comme mentionné dans cette section et les sections précédentes, par rapport aux autres longueurs d’onde. Une activité antimicrobienne plus faible après le traitement par LED a été obtenue à des concentrations plus élevées de solutions colorées et les réductions log du nombre de cellules dans les différentes solutions colorées étaient diverses. Une réduction log maximale de 1,75 log CFU/ml a été obtenue dans la solution colorée à 0,001 % de β-carotène, ce qui était encore bien inférieur à la réduction de 2,5 log dans la solution témoin de solution saline tamponnée au phosphate (PBS). Des résultats similaires ont été obtenus dans le jus d’orange, dans lequel la réduction logarithmique était beaucoup plus faible que celle de la solution témoin transparente après traitement. Les pigments et autres particules en suspension dans les aliments liquides peuvent réfléchir et disperser la lumière, réduisant ainsi l’efficacité de l’élimination des bactéries par LED. Comme les espèces réactives de l’oxygène (ROS) induites par la lumière ultraviolette A (UVA, 320-400 nm) sont centrales à l’effet bactéricide, l’activité antioxydante des colorants alimentaires tels que les caroténoïdes dans les aliments liquides peut être réduite, ce qui entraîne une oxydation et un changement de qualité.

Les LED émettant une lumière bleue (400 nm-480 nm) ont été testées pour leur capacité à détruire les agents pathogènes dans le jus d’orange et le lait . Une réduction de 2 à 5 log de Salmonella a été observée dans le jus d’orange pasteurisé inoculé avec un cocktail de Salmonella et traité avec une LED de 460 nm à différentes combinaisons d’irradiance et de température . Les conditions qui ont produit la plus forte inactivation de Salmonella étaient 92 mW/cm2 avec un temps de traitement très long de 13,6 h à un énorme dosage énergétique de 4500 J/cm2 à 12 °C. Les auteurs ont maintenu l’irradiance de 92, 147,7 et 254,7 mW/cm2 en ajustant la distance de l’échantillon par rapport à la LED de 460 nm et ont utilisé un dosage total de 4500 J/cm2 pour le traitement en réglant les temps de traitement correspondant à 13,6, 8,46 et 4,91 h, respectivement. Le long temps de traitement et l’énorme énergie utilisée sur les produits pendant les traitements par LED doivent être justifiés si cette technologie utilisant des impulsions d’UV-A et de lumière bleue doit être développée pour la désinfection commerciale des produits alimentaires. Une approche serait d’explorer l’utilisation de cette technologie pour d’autres applications (par exemple, le chauffage ou le séchage, car l’énorme énergie utilisée chauffera et éliminera l’eau des produits) en même temps que l’inactivation microbienne, simultanément.

Srimagal et al. ont comparé l’inactivation d’E. coli dans le lait en utilisant des LED bleues à 405, 433 et 460 nm à 5, 10 et 15 °C et des temps de traitement de 0 à 90 min. L’inactivation microbienne était la plus élevée à des températures élevées et à des longueurs d’onde plus faibles, avec une réduction maximale de 5,27 log CFU/ml d’E. coli O157:H7 après 60 min d’irradiation à 405 nm. La LED de 460 nm a entraîné une réduction de 2 à 5 log, avec un effet plus fort sur l’inactivation bactérienne à des températures plus élevées, similaire aux résultats rapportés par Ghate et al. . Ces deux études ont noté des changements significatifs dans la couleur des produits alimentaires (jus d’orange et lait) après exposition aux LEDs bleues, ce qui suggère que la LED bleue a altéré la qualité des aliments liquides. Les lumières LED dans la gamme bleue réduisent l’activité bactérienne principalement par l’inactivation photodynamique (PDI) des micro-organismes. Les photons produits par la lumière LED peuvent être absorbés par les photosensibilisateurs endogènes (par exemple, les porphyrines, les cytochromes, les flavines) et le NADH dans les bactéries, qui sont sensibilisées après avoir été éclairées comme décrit dans la section « Principes fondamentaux des LED ». Srimagal et al. ont rapporté une condition optimale (405 nm, 13,8 °C, pendant 37,83 min) dans laquelle le lait traité a été pasteurisé sans changement des propriétés physico-chimiques par rapport au lait non traité. De plus, lorsqu’il était réfrigéré, la durée de conservation du lait traité augmentait de manière significative pour atteindre presque le double de celle du lait non traité.

Une étude récente publiée par Akgün et Ünlütürk a examiné l’inactivation de E. coli K12 par UVC-LED à 254 (0,3 mW/cm2) et 280 nm (0,3 mW/cm2), et UVC-LED couplé à 365 (0,8 mW/cm2) et 405 nm (0,4 mW/cm2) (UVA-LED) dans du jus de pomme trouble et clair. Les combinaisons de longueurs d’onde d’émission comprenaient 280 nm/365 nm, 280 nm/405 nm, 254 nm/365 nm, 254 nm/405 nm et 254 nm/280 nm/365 nm/405 nm. L’activité antimicrobienne la plus élevée a été obtenue lorsque le jus de pomme trouble a été traité avec 280 nm seul et une combinaison 280 nm/365 nm, avec des réductions logarithmiques de 2,0 ± 0,1 et 2,0 ± 0,4 log CFU/mL, respectivement, sur un traitement LED de 40 min. Une inactivation significativement plus importante a été observée dans le jus de pomme clair que dans le jus de pomme trouble. La plus forte réduction logarithmique a été obtenue à 4,4 log CFU/mL dans le jus de pomme clair traité uniquement à 280 nm (771,6 mJ/cm2, 40 min). Le système hybride traité avec des LED UV de 280 et 365 nm a donné lieu à des réductions logarithmiques de 3,9 ± 0,2 log CFU/mL, similaires au traitement à 280 nm du jus de pomme trouble pour la même durée de traitement (40 min). Il a également été démontré que ces traitements par LED hybrides présentaient de meilleurs effets d’inactivation sur la polyphénol oxydase. Même si l’état de pasteurisation complète (~ 5 log de réduction) n’a pas pu être atteint dans le jus de pomme par les LEDs combinées UVA et UVC, cette étude suggère que les LEDs UVA et UVC ont un potentiel synergique pour la désinfection, avec un potentiel de préservation des couleurs alimentaires. Un effet de désinfection supplémentaire pourrait être obtenu en augmentant le dosage des LED UVA et UVC. L’efficacité supérieure de la combinaison des LED UV et leur faible consommation d’énergie les rendent plus avantageuses que les lampes à mercure traditionnelles pour l’inactivation de la polyphénol oxydase. Les études sur l’effet d’inactivation des LED sur les systèmes liquides sont répertoriées dans le tableau 3.

La lumière bleue et les UVC combinés aux LED UVA ont montré des effets synergiques en termes d’inactivation bactérienne et de préservation de la qualité des aliments. La nature des aliments liquides (taille des particules, turbidité et couleur), le dosage, le temps d’irradiation et la température doivent être optimisés lors de la décontamination par LED des aliments liquides. Les LED combinées à d’autres technologies non thermiques, ou à des traitements thermiques doux, devraient être explorées pour améliorer l’efficacité de la décontamination.

Traitement de l’eau par LED

L’eau potable est d’une importance mondiale, en particulier dans les pays aux ressources limitées. Environ 1,2 milliard de personnes n’ont pas accès à une eau potable non contaminée . Des millions de personnes meurent chaque année de maladies d’origine hydrique . Les micro-organismes d’origine hydrique provoquent des infections intestinales telles que la diarrhée, la typhoïde, le choléra, la dysenterie, l’amibiase, la salmonellose, la shigellose et l’hépatite A . Les approches conventionnelles pour traiter les eaux usées impliquent l’application de produits chimiques et une énergie considérable, ce qui les rend coûteuses et inaccessibles pour de nombreuses sociétés. Les traitements avancés de l’eau dans les pays développés sont également coûteux et impliquent des traitements thermiques, des désinfections chimiques (chloration, ozone, dioxyde de chlore, chloramination) et des ions métalliques (Ag et Cu) pour réduire le contenu microbien. Outre leur coût, les méthodes conventionnelles de désinfection de l’eau sont souvent inefficaces et non durables. Ainsi, des technologies efficaces, économiques et robustes qui ont des effets néfastes minimes sur l’environnement continuent d’être étudiées pour leur application à la désinfection et à la décontamination de l’eau .

Plus de 7000 systèmes municipaux de désinfection par UV ont été installés dans le monde , et de petits systèmes de désinfection sont disponibles pour un usage domestique . La désinfection de l’eau à l’aide de la lumière UV présente plusieurs avantages par rapport aux approches de désinfection conventionnelles. La lumière UV est efficace sur le plan antimicrobien, produit un minimum de résidus et de sous-produits, a un faible impact sur l’environnement et est compatible avec les procédés industriels actuels. Contrairement aux traitements chimiques de l’eau, le traitement de l’eau par UV ne produit pas de bactéries résistantes aux médicaments. Les inconvénients des sources UV conventionnelles comprennent la facilité de casse et la nécessité d’une élimination minutieuse, car la lampe à mercure peut polluer l’environnement.

Song et al. ont rapporté l’inactivation de micro-organismes tels que E. coli et le coliphage MS2 dans l’eau de laboratoire, et E. coli et les coliformes totaux dans les eaux usées, avec des traitements LED continus et pulsés de 265 nm. Les niveaux d’inactivation de tous les micro-organismes étaient similaires pour les traitements LED continus et pulsés à différents modèles d’impulsions sous un dosage d’énergie UV équivalent. Les traitements LED pulsés ont inactivé les microorganismes aussi efficacement que les impulsions produites par les lampes au xénon conventionnelles, ce qui permet une gestion thermique à haut rendement pour la désinfection de l’eau. L’inactivation des bactéries pathogènes (Legionella pneumophila, Pseudomonas aeruginosa) et des espèces de substitution (spores de Bacillus subtilis, bactériophage Qβ, E. coli) a été rapportée avec des UV-LED émettant une lumière de différentes longueurs d’onde (265, 280 et 300 nm) et comparée à l’inactivation bactérienne avec une lampe UV basse pression (LPUV) conventionnelle émettant une lumière à 254 nm. La cinétique de l’inactivation des micro-organismes a été déterminée mathématiquement à l’aide des courbes de réponse de l’énergie des LED à différentes longueurs d’onde en utilisant un modèle multi-cibles. Le profil d’inactivation de chaque espèce a montré une courbe de survie linéaire ou sigmoïdale. Les traitements par LED étaient plus efficaces que les traitements par LPUV pour l’inactivation de P. aeruginosa, L. pneumophila et des micro-organismes de substitution dans l’eau. La DEL de 265 nm a présenté l’efficacité énergétique la plus efficace d’après la constante de vitesse d’inactivation de tous les micro-organismes testés, à l’exception d’E. coli. Le traitement par LED de 280 nm a consommé le moins d’énergie électrique pour obtenir une réduction de 3 log des microorganismes testés (0,15-1,11 kWh/m3) par rapport aux LED de 265 et 300 nm (0,24-17,4 kWh/m3) .

Li et al. ont évalué l’inactivation d’E. coli avec des traitements par LED de 265 et 280 nm, individuellement et dans des combinaisons 265, 280 (50%) nm et 265, 280 (75%) nm. Une étude comparative de la photoréactivation d’E. coli et de la réparation à l’obscurité a également été menée de manière quantitative avec des LED et des LPUV. Les résultats ont montré que la combinaison de LEDs 265, 280 nm n’a pas eu d’effet synergique sur l’inactivation de E. coli. La réactivation des bactéries traitées par des LED de 265 nm était comparable à celle des bactéries traitées par des LPUV. E. coli traitée avec des DEL de 280 nm à 6,9 mJ/cm2 a montré le plus faible pourcentage de photoréactivation et de réparation à l’obscurité. Cette étude a conclu que, dans l’eau, la DEL de 280 nm inactivait E. coli plus efficacement que la DEL de 265 nm en raison de la puissance de sortie supplémentaire de la première et de sa meilleure inhibition de la réactivation bactérienne. L’efficacité antimicrobienne synergique des LED de 260 nm et 280 nm a été évaluée contre E. coli, les spores de B. pumilus, le coliphage MS2 et l’adénovirus humain de type 2 (HAdV2), et son efficacité a été comparée à celle des lampes à vapeur de mercure à basse et moyenne pression. La LED de 260 nm était la plus appropriée pour l’inactivation du coliphage MS2, tandis qu’une lampe UV à pression moyenne a inactivé HAdV2 et B. pumilus plus efficacement que les autres sources UV . Des observations similaires ont été faites dans une étude de Sholtes et al. où l’inactivation de E. coli B, B. atrophaeus et MS2 a été soumise à une LED de 260 nm et à des lampes UV à basse pression. Les cinétiques d’inactivation d’E. coli B et de MS2 étaient similaires avec les traitements par LED et par lampes UV basse pression. Pour toutes les sources de rayonnement UV, les doses requises pour une réduction de 4 log des micro-organismes étaient plus élevées pour B. atrophaeus et MS2 que pour E. coli B. Chatterley et Linden ont traité E. coli dans l’eau avec une LED de 265 nm et des LPUV classiques. La LED a fourni une efficacité antimicrobienne plus élevée que les lampes LPUV mais a entraîné un coût de désinfection plus élevé. Gross et al. ont rapporté une désinfection de l’eau à l’aide d’une DEL de 280 nm pour inactiver E. coli et B. subtilis avec deux lumières guidées différentes en verre (chaux sodée et quartz) pour augmenter l’efficacité de la désinfection. Presque toute la lumière rayonnée a été guidée vers les échantillons en raison de la réflexion totale. La vitesse et l’efficacité de la désinfection de B. subtilis et d’E. coli ont été améliorées par cette méthode guidée par la lumière.

L’inactivation d’E. coli a été testée par rapport au temps d’exposition et à la fluence de la LED entre les réacteurs discontinus et les réacteurs à flux continu aux émissions de pointe de 265, 280 et 310 nm. Des combinaisons de longueurs d’onde lumineuses (265/310, 265/280/310, 280/310 et 265/280 nm) ont été testées pour leur efficacité d’inactivation. L’efficacité d’inactivation en fonction du temps était maximale avec les LED de 280 nm, tandis que les LED de 265 nm présentaient la plus grande efficacité en fonction de la fluence. Dans le système discontinu, les DEL de 265 et 280 nm ont nécessité une dose de 10,8 et 13,8 mJ/cm2 pour obtenir une réduction de 4 log d’E. coli. La LED de 310 nm a nécessité une dose de 56,9 mJ/cm2 pour une inactivation de seulement 0,6 log. Une efficacité d’inactivation plus faible et une puissance de sortie réduite ont été observées avec des émissions combinées à 265/280, 265/310, 280/310 et 265/280/310 nm dans un réacteur à flux continu. L’efficacité du traitement par LED à 265 nm dans la désinfection de l’eau dépendait également du temps. Les résultats ont indiqué que la turbidité de l’échantillon influençait l’inactivation bactérienne, et qu’une meilleure efficacité était obtenue dans les échantillons d’eau moins turbides. Ces résultats suggèrent que l’accumulation de particules dans les liquides peut protéger les micro-organismes de l’exposition à la lumière UV.

Hamamoto et al. ont désinfecté l’eau avec des LED UV-A (365 nm) et une lampe UV-C à basse pression (254 nm). L’inactivation de Staphylococcus aureus, Vibrio parahaemolyticus, E. coli entéropathogène et E. coli DH5α était supérieure à 3 log UFC/ml après 80 min de traitement par LED UV-A à haute énergie. Cette observation a été confirmée par une étude de Mori et al. dans laquelle une DEL de 365 nm (UV-A) a montré des effets antimicrobiens contre E. coli DH5α, E. coli entéropathogène, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus et Salmonella Enteritidis. Vilhunen et al. ont observé l’effet de 269 et 276 nm sur l’inactivation d’E. coli dans deux réacteurs photolytiques discontinus différant par la longueur d’onde émise avec différents milieux de test, notamment de l’eau ultrapure, des nutriments et de l’eau, et des nutriments et de l’eau avec des acides humiques. Les LED ont été efficaces pour la destruction d’E. coli même à faible puissance optique. L’étude a montré que les longueurs d’onde des LED étaient efficaces pour l’inactivation d’E. coli, mais que le milieu de test n’avait pas beaucoup d’impact sur l’inactivation.

Plusieurs études ont montré que les LED UV peuvent se substituer aux méthodes de traitement conventionnelles de désinfection de l’eau et qu’elles apportent des avantages absents des traitements conventionnels. La région du spectre UV la plus étudiée pour la désinfection de l’eau se situe entre 200 et 300 nm, avec une longueur d’onde de 265 nm comme longueur d’onde la plus utilisée et E. coli comme microorganisme le plus étudié. La désinfection de l’eau avec une seule longueur d’onde a été comparée à la désinfection de l’eau utilisant une combinaison de deux longueurs d’onde. Cependant, les données n’étant pas cohérentes, aucune conclusion n’a été tirée. Le fait que différents micro-organismes réagissent différemment à une énergie lumineuse de même longueur d’onde peut être attribué à la source de lumière UV, au taux de fluence, à la dose d’UV et au temps d’exposition. Il est nécessaire de développer une méthode d’exploitation standard pour déterminer le dosage requis pour l’inactivation microbienne dans l’eau, et de déterminer le mécanisme de l’inactivation microbienne par LED.