{"id":11388,"date":"2026-07-27T02:00:22","date_gmt":"2026-07-26T18:00:22","guid":{"rendered":"https:\/\/toquartz.com\/?p=11388"},"modified":"2026-02-28T16:48:08","modified_gmt":"2026-02-28T08:48:08","slug":"what-makes-custom-quartz-tubes-perform-in-uv-systems","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/toquartz.com\/fr\/what-makes-custom-quartz-tubes-perform-in-uv-systems\/","title":{"rendered":"Pourquoi les tubes en quartz sur mesure sont-ils si performants dans les syst\u00e8mes UV ?"},"content":{"rendered":"

Le quartz fondu pr\u00e9sente une transparence aux UV, une r\u00e9sistance thermique et une inertie chimique qui en font le mat\u00e9riau de r\u00e9f\u00e9rence pour la conception de syst\u00e8mes UV de haut niveau. Cet article aborde tous les aspects critiques des sp\u00e9cifications \u2014 de la teneur en hydroxyle et de l'\u00e9paisseur de paroi aux configurations d'extr\u00e9mit\u00e9s et aux tol\u00e9rances sp\u00e9cifiques \u00e0 chaque application \u2014, offrant ainsi aux ing\u00e9nieurs, chercheurs et int\u00e9grateurs de syst\u00e8mes une r\u00e9f\u00e9rence technique compl\u00e8te pour l'\u00e9valuation et la mise en service de tubes en quartz de qualit\u00e9 UV.<\/p>\n

Qu'il s'agisse de la st\u00e9rilisation par UV, de la synth\u00e8se photochimique ou du traitement des semi-conducteurs, les performances maximales de tout syst\u00e8me UV sont en fin de compte limit\u00e9es par la qualit\u00e9 optique et dimensionnelle de ses composants en quartz. Comprendre les facteurs qui d\u00e9terminent la transmittance, la mani\u00e8re dont les bandes de longueurs d'onde imposent des exigences sp\u00e9cifiques en mati\u00e8re de mat\u00e9riaux, et les domaines dans lesquels les tubes g\u00e9n\u00e9riques pr\u00e9sentent syst\u00e9matiquement des lacunes, permet aux prescripteurs de disposer de la pr\u00e9cision n\u00e9cessaire pour \u00e9viter les d\u00e9faillances co\u00fbteuses du syst\u00e8me.<\/p>\n

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\"Tubes<\/p>\n

Pourquoi le quartz est plus performant que le verre classique dans les syst\u00e8mes UV<\/h2>\n

Parmi tous les mat\u00e9riaux inorganiques transparents disponibles pour la fabrication de composants optiques UV, le quartz fondu occupe une place \u00e0 part que ni le verre borosilicat\u00e9 ni le verre sodocalcique ne peuvent \u00e9galer sur l'ensemble du spectre UV.<\/p>\n

Le verre borosilicat\u00e9 \u2014 mat\u00e9riau de r\u00e9f\u00e9rence pour la plupart des articles de verrerie de laboratoire \u2014 pr\u00e9sente une coupure brutale des UV \u00e0 environ 300 nm. En dessous de ce seuil, le r\u00e9seau de silice et d\u2019oxyde de bore absorbe massivement les photons UV, rendant le mat\u00e9riau pratiquement opaque aux rayons UVC germicides \u00e0 254 nm ainsi qu\u2019aux longueurs d\u2019onde de l\u2019ultraviolet profond, essentielles en photolithographie des semi-conducteurs. Le quartz fondu, en revanche, laisse passer l'\u00e9nergie UV exploitable \u00e0 partir de 150 nm jusqu'au proche infrarouge.<\/strong>, une fen\u00eatre spectrale environ quatre fois plus large que celle du verre borosilicat\u00e9. Cet avantage tient \u00e0 la structure atomique du dioxyde de silicium pur : l\u2019\u00e9nergie de liaison Si\u2013O est suffisamment \u00e9lev\u00e9e pour que l\u2019absorption des photons dans le domaine UV soit minime, \u00e0 condition que les impuret\u00e9s m\u00e9talliques et les d\u00e9fauts structurels soient ma\u00eetris\u00e9s \u00e0 des niveaux inf\u00e9rieurs au ppm.<\/p>\n

Au-del\u00e0 de la transmission spectrale, le quartz fondu pr\u00e9sente deux propri\u00e9t\u00e9s suppl\u00e9mentaires que le verre ne peut \u00e9galer dans les installations UV exigeantes. Tout d'abord, son Le coefficient de dilatation thermique est d'environ 0,55 \u00d7 10\u207b\u2076\/\u00b0C<\/strong>, contre 3,3 \u00d7 10\u207b\u2076\/\u00b0C pour le verre borosilicat\u00e9, ce qui lui conf\u00e8re une r\u00e9sistance exceptionnelle aux chocs thermiques lors des cycles r\u00e9p\u00e9t\u00e9s d'allumage et d'extinction des lampes UV. Deuxi\u00e8mement, son inertie chimique face aux acides (\u00e0 l\u2019exception de l\u2019acide fluorhydrique), aux agents oxydants et aux milieux aqueux \u00e9limine la d\u00e9gradation de surface qui opacifie progressivement les gaines en verre conventionnelles dans les applications de traitement de l\u2019eau et de photor\u00e9acteurs. Ces trois avantages convergents \u2014 largeur spectrale, stabilit\u00e9 thermique et durabilit\u00e9 chimique \u2014 font du quartz fondu le seul mat\u00e9riau techniquement justifiable pour les syst\u00e8mes UV o\u00f9 les performances et la long\u00e9vit\u00e9 sont des crit\u00e8res non n\u00e9gociables.<\/p>\n

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Facteurs d\u00e9terminants influant sur la transmittance des UV dans les tubes en quartz sur mesure<\/h2>\n

La transmittance du quartz fondu n'est pas une propri\u00e9t\u00e9 fixe : il s'agit d'un r\u00e9sultat composite d\u00e9termin\u00e9 par au moins quatre variables mat\u00e9rielles et g\u00e9om\u00e9triques qui interagissent entre elles, chacune pouvant \u00eatre contr\u00f4l\u00e9e ind\u00e9pendamment gr\u00e2ce \u00e0 une d\u00e9finition pr\u00e9cise de tubes de quartz personnalis\u00e9s<\/a>.<\/p>\n

Consid\u00e9rer la transmittance UV comme une sp\u00e9cification exprim\u00e9e par un seul chiffre revient \u00e0 n\u00e9gliger les m\u00e9canismes par lesquels l\u2019att\u00e9nuation des photons se produit r\u00e9ellement \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de la paroi d\u2019un tube de quartz. La concentration en ions hydroxyles, l\u2019\u00e9paisseur de la paroi, la qualit\u00e9 de la finition de surface et la concentricit\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique contribuent chacune de mani\u00e8re ind\u00e9pendante \u2014 et combin\u00e9e \u2014 \u00e0 la fraction d\u2019\u00e9nergie UV qui finit par sortir du tube et atteindre sa cible. C\u2019est pr\u00e9cis\u00e9ment parce que ces variables interagissent qu\u2019un tube r\u00e9pondant \u00e0 un seul crit\u00e8re pris isol\u00e9ment peut tout de m\u00eame pr\u00e9senter des performances insuffisantes si les param\u00e8tres adjacents ne sont pas pr\u00e9cis\u00e9s.<\/p>\n

Teneur en groupes hydroxyles et ses cons\u00e9quences spectrales<\/h3>\n

La concentration en groupes hydroxyles (OH) dans le quartz fondu est la variable mat\u00e9rielle la plus d\u00e9terminante pour la transmittance UV en dessous de 300 nm.<\/p>\n

Quartz synth\u00e9tique \u00e0 forte teneur en OH<\/strong>, qui contient g\u00e9n\u00e9ralement entre 100 et 1 000 ppm d\u2019OH, laisse passer efficacement le rayonnement ultraviolet sous vide (VUV) dans la gamme de 150 \u00e0 200 nm, mais pr\u00e9sente des bandes d\u2019absorption centr\u00e9es autour de 2 730 nm dans l\u2019infrarouge \u2014 un compromis qui rev\u00eat une importance particuli\u00e8re pour les syst\u00e8mes combinant un traitement UV et un traitement thermique. Quartz naturel ou synth\u00e9tique \u00e0 faible teneur en OH<\/strong>, dont la teneur en OH est inf\u00e9rieure \u00e0 10 ppm, est optimis\u00e9 pour la transmission dans les domaines de l\u2019UV profond et de l\u2019UV moyen, dans la plage de 200 \u00e0 300 nm, avec une perte par absorption minimale. \u00c0 254 nm \u2014 la principale longueur d\u2019onde germicide \u2014, un tube \u00e0 faible teneur en OH d\u2019une \u00e9paisseur de paroi de 1 mm peut atteindre des valeurs de transmittance sup\u00e9rieures \u00e0 90%, tandis qu\u2019un tube \u00e0 forte teneur en OH de g\u00e9om\u00e9trie \u00e9quivalente ne transmet que 75 \u00e0 80% \u00e0 la m\u00eame longueur d\u2019onde en raison des harmoniques d\u2019absorption li\u00e9es \u00e0 l\u2019OH s\u2019\u00e9tendant dans le spectre UV.<\/p>\n

Le syst\u00e8me de classification commerciale \u00e9tabli par la SEMI et largement utilis\u00e9 dans l'industrie du quartz attribue Type I<\/strong> au quartz fondu d'origine naturelle \u00e0 faible teneur en OH, Type II<\/strong> au quartz naturel fusionn\u00e9 \u00e0 la flamme pr\u00e9sentant une teneur mod\u00e9r\u00e9e en OH, Type III<\/strong> au quartz \u00e0 forte teneur en OH produit par synth\u00e8se, et Type IV<\/strong> au quartz synth\u00e9tique obtenu par fusion au plasma, pr\u00e9sentant des teneurs contr\u00f4l\u00e9es en OH extr\u00eamement faibles et des teneurs en impuret\u00e9s m\u00e9talliques inf\u00e9rieures \u00e0 0,1 ppm. En ce qui concerne plus particuli\u00e8rement les applications germicides aux rayons UVC, les mat\u00e9riaux de type I et de type IV constituent les deux choix principaux, le choix d\u00e9pendant des contraintes budg\u00e9taires et de la sensibilit\u00e9 \u00e0 une longueur d'onde sp\u00e9cifique de l'application.<\/p>\n

Pr\u00e9ciser num\u00e9riquement la teneur en OH sur un plan d'appel d'offres \u2014 plut\u00f4t que de se contenter d'une formulation g\u00e9n\u00e9rique telle que \u00ab quartz de qualit\u00e9 UV \u00bb \u2014 n'est donc pas une simple formalit\u00e9, mais une exigence fonctionnelle qui d\u00e9termine directement si le tube offrira la transmittance pr\u00e9vue tout au long de sa dur\u00e9e de vie.<\/p>\n

L'\u00e9paisseur des parois et son effet sur l'att\u00e9nuation des photons<\/h3>\n

L'att\u00e9nuation des photons \u00e0 travers la paroi d'un tube de quartz s'explique comme suit : Beer-Lambert<\/a>1<\/a><\/sup> Comportement : la transmittance diminue de mani\u00e8re exponentielle \u00e0 mesure que la longueur du trajet \u00e0 travers le milieu absorbant augmente.<\/p>\n

Pour un mat\u00e9riau dont le coefficient d'absorption \u03b1 est donn\u00e9 \u00e0 une longueur d'onde donn\u00e9e, transmittance T = e^(\u2212\u03b1\u00b7d)<\/strong>, o\u00f9 d correspond \u00e0 l'\u00e9paisseur de la paroi. M\u00eame pour du quartz fondu de haute puret\u00e9 pr\u00e9sentant des valeurs \u03b1 aussi faibles que 0,002 cm\u207b\u00b9 \u00e0 254 nm, le fait de doubler l\u2019\u00e9paisseur de paroi, en la faisant passer de 1,5 mm \u00e0 3,0 mm, r\u00e9duit la transmittance \u00e0 cette longueur d\u2019onde d\u2019environ 8 \u00e0 12 points de pourcentage \u2014 une diff\u00e9rence qui se traduit directement par une diminution de la dose germicide ou du taux de r\u00e9action photochimique. \u00c0 l\u2019inverse, les parois d\u2019une \u00e9paisseur inf\u00e9rieure \u00e0 1,0 mm, bien qu\u2019offrant une transmittance maximale, pr\u00e9sentent une fragilit\u00e9 structurelle qui les rend inadapt\u00e9es aux installations sous pression ou soumises \u00e0 des cycles thermiques.<\/p>\n

Dans la conception pratique des syst\u00e8mes UV, Les \u00e9paisseurs de paroi comprises entre 1,5 mm et 2,5 mm constituent la plage standard en mati\u00e8re d'ing\u00e9nierie.<\/strong> pour la plupart des applications de traitement de l'eau et de photor\u00e9acteurs, en conciliant transmittance, int\u00e9grit\u00e9 m\u00e9canique et facilit\u00e9 de fabrication. En revanche, les syst\u00e8mes d'inspection des semi-conducteurs peuvent exiger des parois d'une \u00e9paisseur aussi faible que 0,8 mm, lorsque la transmittance \u00e0 193 nm ou 248 nm est primordiale et que les contraintes structurelles sont minimes. La sp\u00e9cification de l\u2019\u00e9paisseur de paroi figurant sur le plan d\u2019un tube en quartz sur mesure doit toujours \u00eatre accompagn\u00e9e d\u2019une plage de tol\u00e9rance \u2014 g\u00e9n\u00e9ralement comprise entre \u00b10,1 mm et \u00b10,3 mm selon le diam\u00e8tre du tube \u2014 car les variations d\u2019\u00e9paisseur de paroi sur la longueur du tube entra\u00eenent une non-uniformit\u00e9 de la transmittance qui nuit \u00e0 l\u2019homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 de l\u2019irradiance dans les applications sensibles \u00e0 l\u2019espace.<\/p>\n

Adapter l'\u00e9paisseur de la paroi au budget d'att\u00e9nuation sp\u00e9cifique du syst\u00e8me UV \u2014 plut\u00f4t que d'opter par d\u00e9faut pour une \u00e9paisseur standard \u2014 constitue l'un des leviers les plus directs dont on dispose lors de la s\u00e9lection de tubes en quartz sur mesure pour des installations o\u00f9 les performances sont essentielles.<\/p>\n

Normes relatives \u00e0 la finition des surfaces et diffusion optique<\/h3>\n

L'\u00e9tat des surfaces externe et interne d'un tube de quartz d\u00e9termine la fraction des photons UV incidents qui sont diffus\u00e9s plut\u00f4t que transmis, un m\u00e9canisme de perte totalement distinct de l'absorption dans la masse.<\/p>\n

La rugosit\u00e9 de surface, exprim\u00e9e en Ra (rugosit\u00e9 moyenne arithm\u00e9tique), cr\u00e9e des facettes microscopiques qui d\u00e9vient les photons du trajet optique pr\u00e9vu. Une surface polie au feu pr\u00e9sente des valeurs Ra comprises entre 0,1 et 0,5 \u03bcm<\/strong>, ce qui entra\u00eene des pertes par diffusion minimes aux longueurs d'onde UV sup\u00e9rieures \u00e0 200 nm. Les surfaces rectifi\u00e9es, dont les valeurs Ra sont comprises entre 0,5 et 2,5 \u03bcm, pr\u00e9sentent une diffusion nettement plus importante et ne conviennent g\u00e9n\u00e9ralement pas aux applications o\u00f9 l'uniformit\u00e9 de l'irradiance est essentielle. Les surfaces polies optiquement, dont la valeur Ra est inf\u00e9rieure \u00e0 0,05 \u03bcm, sont r\u00e9serv\u00e9es aux applications semi-conductrices dans l\u2019ultraviolet profond, o\u00f9 m\u00eame des pertes par diffusion inf\u00e9rieures \u00e0 1 % sont inacceptables.<\/p>\n

La finition des faces d'extr\u00e9mit\u00e9 est tout aussi importante. A extr\u00e9mit\u00e9 \u00e0 coupe carr\u00e9e sans polissage au feu<\/strong> pr\u00e9sente des micro-fissures le long du bord de coupe qui g\u00e9n\u00e8rent une diffusion localis\u00e9e et des points potentiels de concentration de contraintes. Les faces d'extr\u00e9mit\u00e9 polies au feu ou par polissage optique \u00e9liminent ces d\u00e9fauts et am\u00e9liorent \u00e9galement la compatibilit\u00e9 avec les syst\u00e8mes d'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 \u00e0 ferrule en \u00e9lastom\u00e8re et en PTFE, pour lesquels une g\u00e9om\u00e9trie lisse de la face d'extr\u00e9mit\u00e9 est n\u00e9cessaire afin d'obtenir des joints de compression \u00e9tanches. Dans les photor\u00e9acteurs de type \u00e0 immersion \u2014 o\u00f9 le tube en quartz est en contact direct avec le milieu r\u00e9actionnel \u2014, la rugosit\u00e9 Ra de la surface interne doit \u00eatre sp\u00e9cifi\u00e9e \u00e0 \u2264 0,4 \u03bcm afin d\u2019emp\u00eacher l\u2019adh\u00e9rence de particules et la formation de biofilm qui att\u00e9nueraient progressivement le rendement UV au fil du temps.<\/p>\n

Tol\u00e9rances g\u00e9om\u00e9triques et concentricit\u00e9 dans les performances optiques<\/h3>\n

L'uniformit\u00e9 de l'\u00e9paisseur de paroi \u2014 quantifi\u00e9e en termes de concentricit\u00e9 ou d'excentricit\u00e9 \u2014 est un param\u00e8tre g\u00e9om\u00e9trique ayant des cons\u00e9quences optiques et thermiques directes, qui est souvent omis dans les sp\u00e9cifications des tubes en quartz.<\/p>\n

L'excentricit\u00e9, d\u00e9finie comme le d\u00e9calage entre le centre du diam\u00e8tre ext\u00e9rieur et le centre du diam\u00e8tre int\u00e9rieur<\/strong>, entra\u00eene une variation continue de l'\u00e9paisseur de paroi sur toute la circonf\u00e9rence du tube. Dans un tube pr\u00e9sentant une excentricit\u00e9 de 10% par rapport \u00e0 l\u2019\u00e9paisseur de paroi \u2014 par exemple, un d\u00e9calage central de 0,2 mm dans un tube \u00e0 paroi de 2,0 mm \u2014, la section la plus mince transmet sensiblement plus de rayons UV que la plus \u00e9paisse, ce qui cr\u00e9e une r\u00e9partition non uniforme de l\u2019irradiance autour de l\u2019arc de la lampe. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne est particuli\u00e8rement probl\u00e9matique dans les r\u00e9acteurs UV annulaires o\u00f9 l\u2019uniformit\u00e9 circonf\u00e9rentielle de la dose est un param\u00e8tre de proc\u00e9d\u00e9 valid\u00e9. Au-del\u00e0 des effets optiques, la partie de paroi plus mince d\u2019un tube excentrique concentre les contraintes thermiques pendant les cycles de pr\u00e9chauffage de la lampe, augmentant ainsi la probabilit\u00e9 statistique de fissuration sous l\u2019effet de cycles thermiques r\u00e9p\u00e9t\u00e9s.<\/p>\n

Normes de tol\u00e9rance de concentricit\u00e9 pour les tubes de quartz UV<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Application<\/th>\nDiam\u00e8tre ext\u00e9rieur (mm)<\/th>\n\u00c9paisseur de la paroi (mm)<\/th>\nExcentricit\u00e9 maximale (mm)<\/th>\nNorme de concentricit\u00e9<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Traitement de l'eau par UV (standard)<\/td>\n20-80<\/td>\n1.5-2.5<\/td>\n\u00b10.3<\/td>\nQualit\u00e9 professionnelle<\/td>\n<\/tr>\n
Traitement de l'eau par UV (\u00e0 forte dose)<\/td>\n20-80<\/td>\n1.5-2.5<\/td>\n\u00b10.15<\/td>\nQualit\u00e9 de pr\u00e9cision<\/td>\n<\/tr>\n
Photor\u00e9acteur de laboratoire<\/td>\n10-50<\/td>\n1,0\u20132,0<\/td>\n\u00b10.10<\/td>\nQualit\u00e9 de pr\u00e9cision<\/td>\n<\/tr>\n
Inspection des semi-conducteurs<\/td>\n5\u201330<\/td>\n0,8\u20131,5<\/td>\n\u00b10.05<\/td>\nQualit\u00e9 optique<\/td>\n<\/tr>\n
Photolithographie des semi-conducteurs<\/td>\n5-20<\/td>\n0,8\u20131,2<\/td>\n\u00b10.02<\/td>\nGrade \u00ab ultra-pr\u00e9cision \u00bb<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

R\u00e9sum\u00e9 des facteurs influen\u00e7ant la transmittance des UV<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Param\u00e8tres<\/th>\nPlage de valeurs<\/th>\nImpact principal<\/th>\nExigences techniques types en mati\u00e8re d'UV<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Contenu de l'OH<\/td>\n1 000 ppm<\/td>\nCourbe d'absorption spectrale<\/td>\n< 30 ppm pour les rayons UVC ; type III\/IV pour les rayons VUV<\/td>\n<\/tr>\n
\u00c9paisseur de la paroi<\/td>\n0,8 mm \u2013 5,0 mm<\/td>\nAtt\u00e9nuation en masse (loi de Beer-Lambert)<\/td>\n1,5 \u00e0 2,5 mm pour les syst\u00e8mes UV standard<\/td>\n<\/tr>\n
Rugosit\u00e9 de la surface (Ra)<\/td>\n0,05 \u00e0 2,5 \u03bcm<\/td>\nPerte par diffusion des photons<\/td>\n\u2264 0,5 \u03bcm (polissage au feu) pour la qualit\u00e9 UV<\/td>\n<\/tr>\n
Excentricit\u00e9<\/td>\n\u00b10,02 \u00e0 \u00b10,3 mm<\/td>\nUniformit\u00e9 de l'irradiance ; contraintes thermiques<\/td>\nPr\u00e9cision de \u00b10,1 mm ; pr\u00e9cision optique de \u00b10,02 mm<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
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\"Tubes<\/p>\n

Exigences spectrales pour les bandes de longueurs d'onde UVC, UVB et UVA<\/h2>\n

Les diff\u00e9rentes bandes de longueurs d'onde UV imposent des exigences fondamentalement diff\u00e9rentes en mati\u00e8re de puret\u00e9 du mat\u00e9riau des tubes en quartz, d'int\u00e9grit\u00e9 de la surface et de pr\u00e9cision dimensionnelle, ce qui rend une sp\u00e9cification g\u00e9n\u00e9rique unique insuffisante pour l'ensemble des applications UV.<\/p>\n

Le spectre UV compris entre 100 nm et 400 nm ne constitue pas un environnement optique homog\u00e8ne. Chaque sous-bande interagit diff\u00e9remment avec le quartz fondu au niveau atomique, et les cons\u00e9quences d\u2019une mauvaise sp\u00e9cification du mat\u00e9riau sont d\u2019autant plus importantes que la longueur d\u2019onde cible se situe dans la partie la plus profonde du spectre UV. Les ing\u00e9nieurs travaillant dans les domaines des applications germicides, phototh\u00e9rapeutiques et photochimiques ont donc tout int\u00e9r\u00eat \u00e0 se r\u00e9f\u00e9rer \u00e0 des recommandations sp\u00e9cifiques \u00e0 chaque longueur d\u2019onde plut\u00f4t qu\u2019\u00e0 des d\u00e9signations monolithiques de type \u00ab qualit\u00e9 UV \u00bb.<\/p>\n

Caract\u00e9ristiques techniques du quartz \u00e0 bande UVC en mati\u00e8re d'efficacit\u00e9 germicide<\/h3>\n

La bande UVC, qui s'\u00e9tend de 100 \u00e0 280 nm, avec une efficacit\u00e9 germicide maximale \u00e0 254 nm et une efficacit\u00e9 secondaire \u00e0 185 nm, constitue l'environnement spectral le plus exigeant pour les performances du quartz fondu.<\/p>\n

\u00c0 254 nm, La transmittance minimale acceptable pour les applications de traitement de l'eau par rayons UV est g\u00e9n\u00e9ralement fix\u00e9e \u00e0 \u226585% pour une \u00e9paisseur de paroi de 1,5 mm.<\/strong>, conform\u00e9ment \u00e0 la norme NSF\/ANSI 55 et aux protocoles de validation DVGW W294. Pour atteindre ce seuil de mani\u00e8re fiable, il faut utiliser du quartz synth\u00e9tique ou naturel \u00e0 faible teneur en OH, dont la teneur totale en impuret\u00e9s m\u00e9talliques est inf\u00e9rieure \u00e0 20 ppm, en particulier pour le fer (Fe) et le titane (Ti), dont les bandes d\u2019absorption des \u00e9lectrons d s\u2019\u00e9tendent dans le domaine des UV et peuvent r\u00e9duire la transmittance de 3 \u00e0 8 points de pourcentage par ppm de contamination. \u00c0 185 nm \u2014 la longueur d\u2019onde responsable de la g\u00e9n\u00e9ration d\u2019ozone dans les syst\u00e8mes UV \u00e0 ciel ouvert \u2014, les exigences relatives au mat\u00e9riau s\u2019intensifient encore davantage : uniquement du quartz synth\u00e9tique de type III ou IV dont la teneur en OH est sup\u00e9rieure \u00e0 150 ppm<\/strong> transmet efficacement \u00e0 cette longueur d'onde, car le quartz \u00e0 faible teneur en OH pr\u00e9sente une absorption croissante en dessous de 200 nm en raison de d\u00e9fauts structurels li\u00e9s \u00e0 une carence en oxyg\u00e8ne.<\/p>\n

Sp\u00e9cifier un tube de quartz UVC sans faire la distinction entre les longueurs d'onde cibles de 254 nm et 185 nm constitue donc une omission lourde de cons\u00e9quences, car la sp\u00e9cification OH optimale pour une longueur d'onde r\u00e9duit consid\u00e9rablement les performances \u00e0 l'autre longueur d'onde. Cette polarit\u00e9 OH li\u00e9e \u00e0 la longueur d'onde est l'un des aspects les plus souvent mal compris lors de l'achat de tubes de quartz UV dans le secteur du traitement de l'eau.<\/p>\n

Applications de la bande UVB et tol\u00e9rance des mat\u00e9riaux<\/h3>\n

Couvrant une plage de 280 \u00e0 315 nm, la bande UVB offre un environnement optique relativement plus cl\u00e9ment pour le quartz fondu, m\u00eame si les exigences d'uniformit\u00e9 propres \u00e0 chaque application imposent leurs propres contraintes de pr\u00e9cision.<\/p>\n

Aux longueurs d'onde UVB, Les valeurs de transmittance du quartz fondu naturel de qualit\u00e9 standard (type I ou type II) varient g\u00e9n\u00e9ralement entre 88% et 93% pour une \u00e9paisseur de paroi de 1,5 mm.<\/strong> \u2014 un niveau de performance suffisant pour la plupart des applications de phototh\u00e9rapie, d\u2019irradiation pour la croissance des plantes et de durcissement par UV, dans lesquelles l\u2019efficacit\u00e9 absolue de la dose est moins d\u00e9terminante que l\u2019uniformit\u00e9 spatiale. L\u2019\u00e9cart d\u2019absorption entre le quartz naturel et le quartz synth\u00e9tique se r\u00e9duit consid\u00e9rablement dans la gamme des UVB, car les pics d\u2019absorption li\u00e9s aux groupes OH, qui dominent les performances dans le domaine des UVC, sont moins prononc\u00e9s au-del\u00e0 de 280 nm. Par cons\u00e9quent, Le quartz fondu naturel de type I est souvent le mat\u00e9riau privil\u00e9gi\u00e9 pour les applications UVB.<\/strong>, offrant une transmittance ad\u00e9quate \u00e0 un co\u00fbt de mati\u00e8re inf\u00e9rieur \u00e0 celui des alternatives synth\u00e9tiques.<\/p>\n

Le principal d\u00e9fi en mati\u00e8re de performances des syst\u00e8mes UVB ne r\u00e9side pas dans la transmittance maximale, mais dans uniformit\u00e9 de l'irradiance sur toute la longueur et la circonf\u00e9rence du tube<\/strong>. Dans les cabines de phototh\u00e9rapie et les chambres de culture, une non-uniformit\u00e9 de dose sup\u00e9rieure \u00e0 \u00b15% sur la surface irradi\u00e9e rev\u00eat une importance clinique ou agronomique. Cela place les sp\u00e9cifications relatives \u00e0 la tol\u00e9rance d\u2019\u00e9paisseur de paroi et \u00e0 la concentricit\u00e9 au c\u0153ur de l\u2019approvisionnement en tubes UVB \u2014 des param\u00e8tres qui doivent \u00eatre resserr\u00e9s par rapport aux tol\u00e9rances standard de qualit\u00e9 commerciale afin d\u2019atteindre l\u2019uniformit\u00e9 spatiale requise.<\/p>\n

La pr\u00e9cision de la longueur des tubes rev\u00eat \u00e9galement une importance particuli\u00e8re dans les installations \u00e0 r\u00e9seau de lampes UVB : une tol\u00e9rance de longueur de \u00b11,0 mm sur un r\u00e9seau de 20 tubes entra\u00eene un d\u00e9salignement des extr\u00e9mit\u00e9s des lampes qui perturbe la carte de dose spatiale, ce qui n\u00e9cessite des tol\u00e9rances de longueur de \u00b10,3 mm, voire inf\u00e9rieures, dans les installations de phototh\u00e9rapie de pr\u00e9cision.<\/p>\n

Tubes en quartz \u00e0 bande UVA dans les r\u00e9acteurs photochimiques<\/h3>\n

\u00c0 l'extr\u00e9mit\u00e9 sup\u00e9rieure du spectre UV, la bande des UVA (315\u2013400 nm) impose les exigences de puret\u00e9 les moins strictes au quartz fondu, tout en exigeant la plus grande pr\u00e9cision g\u00e9om\u00e9trique dans la conception des r\u00e9acteurs.<\/p>\n

La transmittance du quartz fondu standard \u00e0 365 nm \u2014 la raie UVA dominante des lampes au mercure \u2014 d\u00e9passe 92%, m\u00eame pour un mat\u00e9riau de type I de puret\u00e9 inf\u00e9rieure pr\u00e9sentant des niveaux mod\u00e9r\u00e9s d'impuret\u00e9s m\u00e9talliques.<\/strong>, ce qui fait que le choix de la qualit\u00e9 du mat\u00e9riau dans cette gamme rel\u00e8ve avant tout d'une consid\u00e9ration de co\u00fbt et de disponibilit\u00e9 plut\u00f4t que d'une exigence li\u00e9e aux performances. Le d\u00e9fi optique dans les r\u00e9acteurs photochimiques UVA r\u00e9side plut\u00f4t dans l'uniformit\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique : dans les r\u00e9acteurs de conception annulaire, o\u00f9 le tube de quartz s\u00e9pare une lampe UV centrale du volume de r\u00e9action qui l'entoure, La concentricit\u00e9 entre le diam\u00e8tre ext\u00e9rieur (OD) et le diam\u00e8tre int\u00e9rieur (ID) doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9e \u00e0 \u00b10,1 mm ou mieux<\/strong> afin de garantir que l'espace annulaire entre le tube et la paroi du r\u00e9acteur reste constant, ce qui permet d'\u00e9viter la formation de canaux d'\u00e9coulement susceptibles d'entra\u00eener une distribution non uniforme de la dose de photons dans le volume de r\u00e9action.<\/p>\n

Les r\u00e9acteurs photochimiques de laboratoire \u2014 notamment les r\u00e9acteurs \u00e0 carrousel de type Rayonet et les ensembles de cuves d'immersion sur mesure \u2014 n\u00e9cessitent souvent des configurations de tubes non standard qui ne figurent pas dans les catalogues standard : tubes \u00e0 une seule extr\u00e9mit\u00e9 ferm\u00e9e, tubes dot\u00e9s d'orifices lat\u00e9raux int\u00e9gr\u00e9s ou tubes munis de raccords en verre rod\u00e9 \u00e0 une ou aux deux extr\u00e9mit\u00e9s<\/strong>. Les tubes en quartz sur mesure pr\u00e9sentant ces configurations doivent respecter les m\u00eames normes d'uniformit\u00e9 des parois et de finition de surface que les formes cylindriques \u00e0 extr\u00e9mit\u00e9s ouvertes, avec la contrainte suppl\u00e9mentaire que la g\u00e9om\u00e9trie \u00e0 extr\u00e9mit\u00e9s ferm\u00e9es g\u00e9n\u00e8re des contraintes thermiques r\u00e9siduelles lors de la fabrication ; celles-ci doivent \u00eatre \u00e9limin\u00e9es par recuit jusqu'\u00e0 un retard optique inf\u00e9rieur \u00e0 5 nm\/cm avant que le tube ne soit homologu\u00e9 pour une utilisation photochimique.<\/p>\n

Comparaison des bandes UV pour le choix du mat\u00e9riau en quartz<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n
Bande UV<\/th>\nGamme de longueurs d'onde (nm)<\/th>\nLongueurs d'onde caract\u00e9ristiques (nm)<\/th>\nNuance de mat\u00e9riau recommand\u00e9e<\/th>\nTransmittance minimale pour une \u00e9paisseur de paroi de 1,5 mm<\/th>\nProbl\u00e9matique g\u00e9om\u00e9trique principale<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
UVC<\/td>\n100\u2013280<\/td>\n185, 254<\/td>\nType III\/IV (185 nm) ; Type I\/IV (254 nm)<\/td>\n\u2265851 TP3T \u00e0 254 nm<\/td>\nFinition de surface ; pr\u00e9cision selon la sp\u00e9cification OH<\/td>\n<\/tr>\n
UVB<\/td>\n280-315<\/td>\n295, 308<\/td>\nType I ou Type II<\/td>\n\u2265881 TP3T \u00e0 308 nm<\/td>\nUniformit\u00e9 des parois ; concentricit\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
UVA<\/td>\n315-400<\/td>\n340, 365<\/td>\nType I (standard)<\/td>\n\u226592% \u00e0 365 nm<\/td>\nConcentricit\u00e9 ; tol\u00e9rance de l'\u00e9cart annulaire<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Tubes<\/p>\n

Param\u00e8tres techniques complets pour les tubes en quartz sur mesure<\/h2>\n

Au-del\u00e0 de la longueur d'onde et de la qualit\u00e9 du mat\u00e9riau, les sp\u00e9cifications compl\u00e8tes des tubes en quartz sur mesure destin\u00e9s aux applications UV englobent la g\u00e9om\u00e9trie dimensionnelle, la configuration des extr\u00e9mit\u00e9s, ainsi que les indices de r\u00e9sistance thermique et chimique v\u00e9rifi\u00e9s \u2014 chacun de ces \u00e9l\u00e9ments influant sur les performances globales du syst\u00e8me d'une mani\u00e8re que les r\u00e9f\u00e9rences g\u00e9n\u00e9riques des catalogues ne peuvent pas prendre en compte.<\/p>\n

Les param\u00e8tres dimensionnels et de configuration d\u00e9terminent la mani\u00e8re dont un tube en quartz s'int\u00e8gre physiquement dans un syst\u00e8me UV ; toute impr\u00e9cision concernant l'un de ces param\u00e8tres entra\u00eene un d\u00e9salignement lors de l'assemblage, une d\u00e9faillance de l'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 ou une non-uniformit\u00e9 de la dose. La d\u00e9finition syst\u00e9matique de tous les param\u00e8tres pertinents d\u00e8s la phase de conception permet d'\u00e9viter les corrections a posteriori et les baisses de performances qui surviennent lorsque la g\u00e9om\u00e9trie du tube est consid\u00e9r\u00e9e comme un \u00e9l\u00e9ment secondaire.<\/p>\n

Param\u00e8tres dimensionnels \u2014 Diam\u00e8tre ext\u00e9rieur, diam\u00e8tre int\u00e9rieur et longueur<\/h3>\n

Les trois dimensions g\u00e9om\u00e9triques principales d'un tube en quartz \u2014 le diam\u00e8tre ext\u00e9rieur (DE), le diam\u00e8tre int\u00e9rieur (DI) et la longueur \u2014 sont interd\u00e9pendantes, et leurs tol\u00e9rances se r\u00e9percutent en cascade sur toutes les op\u00e9rations d'assemblage en aval.<\/p>\n

Le diam\u00e8tre ext\u00e9rieur (OD) et le diam\u00e8tre int\u00e9rieur (ID) d\u00e9finissent ensemble l'\u00e9paisseur de la paroi<\/strong>, et leurs tol\u00e9rances individuelles doivent \u00eatre sp\u00e9cifi\u00e9es de telle sorte que, m\u00eame dans le pire des cas (combinaison d\u2019un diam\u00e8tre ext\u00e9rieur maximal et d\u2019un diam\u00e8tre int\u00e9rieur maximal), l\u2019\u00e9paisseur de paroi reste sup\u00e9rieure au minimum structurel requis pour l\u2019application. Dans les applications de manchons pour le traitement de l\u2019eau par UV, les diam\u00e8tres ext\u00e9rieurs varient de 18 mm \u00e0 120 mm, la plage la plus courante \u00e9tant celle de Diam\u00e8tre ext\u00e9rieur de 30 \u00e0 70 mm, repr\u00e9sentant environ 70% des configurations de r\u00e9acteurs UV install\u00e9es<\/strong> \u00e0 l'\u00e9chelle mondiale. Les tol\u00e9rances de longueur des manchons de lampes UV sont particuli\u00e8rement importantes : le tube de quartz doit d\u00e9passer de l\u2019arc de la lampe d\u2019au moins 10 mm \u00e0 chaque extr\u00e9mit\u00e9 afin de garantir que la zone d\u2019\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 \u2014 l\u00e0 o\u00f9 le tube entre en contact avec le joint torique ou la virole \u2014 ne soit pas expos\u00e9e au flux UV intense aux extr\u00e9mit\u00e9s de la lampe, ce qui acc\u00e9l\u00e9rerait la d\u00e9gradation de l\u2019\u00e9lastom\u00e8re.<\/p>\n

Les tol\u00e9rances standard de diam\u00e8tre ext\u00e9rieur (OD) de qualit\u00e9 commerciale pour les tubes en quartz fondu sont g\u00e9n\u00e9ralement de \u00b10,5 mm, ce qui est suffisant pour les installations de faible pr\u00e9cision, mais insuffisant pour les manchons de lampes UV destin\u00e9s au remplacement direct, dont les dimensions de la rainure d'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 sont fixes. Tol\u00e9rances de pr\u00e9cision de \u00b10,1 mm sur le diam\u00e8tre ext\u00e9rieur<\/strong> permettre au tube de s'ajuster correctement dans le bouchon d'extr\u00e9mit\u00e9 du r\u00e9acteur sans n\u00e9cessiter de calage sur site ni d'application de mastic d'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 pour compenser les variations de diam\u00e8tre.<\/p>\n

Les tol\u00e9rances de longueur suivent une gradation similaire : \u00b11,0 mm pour les applications standard, \u00b10,3 mm pour le remplacement de manchons de lampe de pr\u00e9cision, et \u00b10,1 mm pour les installations \u00e0 plusieurs tubes, o\u00f9 la plan\u00e9it\u00e9 des extr\u00e9mit\u00e9s des tubes sur l'ensemble du r\u00e9seau influe sur l'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 du collecteur.<\/p>\n

Choix du type de mat\u00e9riau \u2014 Quartz naturel ou quartz fondu synth\u00e9tique<\/h3>\n

Le choix de la qualit\u00e9 du mat\u00e9riau est la d\u00e9cision technique qui a le plus d'impact sur la transmittance aux UV, la dur\u00e9e de vie et le co\u00fbt total du syst\u00e8me \u2014 et il ne peut se r\u00e9sumer \u00e0 un choix binaire entre \u00ab naturel \u00bb et \u00ab synth\u00e9tique \u00bb sans tenir compte de la longueur d'onde sp\u00e9cifique et des exigences de puret\u00e9 propres \u00e0 l'application.<\/p>\n

Le syst\u00e8me de classification en quatre types offre un cadre structur\u00e9 : Le type I (quartz naturel fondu \u00e9lectriquement) contient moins de 5 ppm d'OH et des impuret\u00e9s m\u00e9talliques dont la teneur totale se situe entre 5 et 30 ppm.<\/strong>; Le type II (quartz naturel fondu \u00e0 la flamme) pr\u00e9sente une teneur en OH similaire, mais des impuret\u00e9s m\u00e9talliques l\u00e9g\u00e8rement plus \u00e9lev\u00e9es en raison de la contamination par la flamme ; le type III (quartz d\u00e9pos\u00e9 par synth\u00e8se \u00e0 partir de t\u00e9trachlorure de silicium<\/a>2<\/a><\/sup>) pr\u00e9sente des teneurs en OH comprises entre 150 et 1 000 ppm, avec des impuret\u00e9s m\u00e9talliques inf\u00e9rieures \u00e0 1 ppm ; Le type IV (quartz synth\u00e9tique fusionn\u00e9 au plasma) r\u00e9pond aux sp\u00e9cifications globales les plus strictes : teneur en OH inf\u00e9rieure \u00e0 1 ppm pour les qualit\u00e9s ultra-s\u00e8ches, impuret\u00e9s m\u00e9talliques inf\u00e9rieures \u00e0 0,1 ppm, et nombre de bulles et d\u2019inclusions inf\u00e9rieur \u00e0 la classe 0 selon la norme ISO 10110-3. La pr\u00e9sence de fer, m\u00eame \u00e0 une concentration de 1 ppm, entra\u00eene une absorption mesurable \u00e0 254 nm ; le titane, \u00e0 des concentrations similaires, affecte la transmittance dans la gamme de 250 \u00e0 350 nm ; Pour obtenir la certification \u00ab UV-grade \u00bb, ces deux impuret\u00e9s doivent \u00eatre maintenues \u00e0 un niveau inf\u00e9rieur \u00e0 0,5 ppm.<\/strong> dans les applications de traitement de l'eau soumises \u00e0 une r\u00e9glementation.<\/p>\n

Le quartz synth\u00e9tique pr\u00e9sente un surco\u00fbt significatif par rapport au quartz naturel, mais pour les applications \u00e0 des longueurs d'onde inf\u00e9rieures \u00e0 220 nm ou lorsque les organismes de r\u00e9glementation exigent une certification de la transmittance conforme \u00e0 des normes spectrophotom\u00e9triques tra\u00e7ables, l'\u00e9cart de performances justifie pleinement cette diff\u00e9rence de co\u00fbt.<\/p>\n

Classification des types de quartz fondu pour les applications UV<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Type<\/th>\nSource<\/th>\nTeneur en OH (ppm)<\/th>\nImpuret\u00e9s m\u00e9talliques totales (ppm)<\/th>\nTransmission des UV \u00e0 254 nm (1,5 mm)<\/th>\nApplication UV primaire<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Type I<\/td>\nNaturel (fusion \u00e9lectrique)<\/td>\n<5<\/td>\n5\u201330<\/td>\n88\u201391%<\/td>\nUVB ; traitement de l'eau par rayons UVC standard<\/td>\n<\/tr>\n
Type II<\/td>\nNaturel (fusion \u00e0 la flamme)<\/td>\n<5<\/td>\n15\u201350<\/td>\n84\u201388%<\/td>\nUVB ; UVC \u00e0 faible pr\u00e9cision<\/td>\n<\/tr>\n
Type III<\/td>\nSynth\u00e9tique (CVD\/SiCl\u2084)<\/td>\n150\u20131 000<\/td>\n<1<\/td>\n85-90%<\/td>\nVUV (185 nm) ; photochimie de haute puret\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
Type IV<\/td>\nSynth\u00e9tique (fusion plasmique)<\/td>\n<1 (ultra-sec)<\/td>\n<0.1<\/td>\n91\u201395%<\/td>\nSemi-conducteur UV profond ; UVC de pr\u00e9cision<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Configurations des extr\u00e9mit\u00e9s et compatibilit\u00e9 des joints d'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9<\/h3>\n

La configuration d'extr\u00e9mit\u00e9 d'un tube en quartz est la dimension la plus sp\u00e9cifique au syst\u00e8me parmi l'ensemble des caract\u00e9ristiques techniques : elle d\u00e9termine la m\u00e9thode d'assemblage, la fiabilit\u00e9 de l'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9 et la possibilit\u00e9 de remplacer le tube sur site sans d\u00e9monter le bo\u00eetier du r\u00e9acteur.<\/p>\n

Extr\u00e9mit\u00e9s \u00e0 coupe carr\u00e9e<\/strong> (d\u00e9coup\u00e9s \u00e0 la scie sans finition secondaire) constituent la configuration de base : ils repr\u00e9sentent l'option la moins co\u00fbteuse et conviennent aux syst\u00e8mes dans lesquels les extr\u00e9mit\u00e9s des tubes sont log\u00e9es dans des dispositifs de fixation m\u00e9caniques flottants qui ne reposent pas sur la face d'extr\u00e9mit\u00e9 du tube pour assurer l'\u00e9tanch\u00e9it\u00e9. Extr\u00e9mit\u00e9s polies au feu<\/strong> \u00e9liminer la zone d'endommagement due \u00e0 la sciage, r\u00e9duire la rugosit\u00e9 Ra des faces d'extr\u00e9mit\u00e9 \u00e0 moins de 0,4 \u03bcm et am\u00e9liorer la compatibilit\u00e9 avec les joints toriques en offrant une surface de contact lisse et exempte de d\u00e9fauts. Extr\u00e9mit\u00e9s polies optiquement<\/strong>, rectifi\u00e9es et rod\u00e9es avec une rugosit\u00e9 Ra inf\u00e9rieure \u00e0 0,05 \u03bcm et une plan\u00e9it\u00e9 inf\u00e9rieure \u00e0 1 frange (\u03bb\/2 \u00e0 633 nm), sont requises pour le scellement par contact optique et pour les installations o\u00f9 la diffusion sur la face d'extr\u00e9mit\u00e9 risquerait de compromettre la pr\u00e9cision de la mesure de la dose UV.<\/p>\n

Outre les configurations \u00e0 extr\u00e9mit\u00e9s plates, plusieurs g\u00e9om\u00e9tries sp\u00e9cialis\u00e9es sont couramment utilis\u00e9es dans les applications sur mesure des tubes en quartz. Extr\u00e9mit\u00e9s \u00e0 bride<\/strong> \u2014 obtenues en r\u00e9chauffant l'extr\u00e9mit\u00e9 du tube et en l'\u00e9vasant sur un mandrin \u2014 permettent de maintenir le tube dans le sens axial \u00e0 l'int\u00e9rieur d'un r\u00e9acteur sans recourir \u00e0 des colliers de serrage externes, ce qui constitue un avantage consid\u00e9rable dans les r\u00e9acteurs UV sous pression fonctionnant \u00e0 plus de 6 bars. Extr\u00e9mit\u00e9s des joints de verre d\u00e9poli<\/strong> (sph\u00e9riques ou coniques), compatibles avec les raccords standard de la verrerie de laboratoire, sont recommand\u00e9s pour les configurations de photor\u00e9acteurs de laboratoire dans lesquelles le tube en quartz doit s'assembler avec des r\u00e9cipients de r\u00e9action en borosilicate. Extr\u00e9mit\u00e9s compatibles avec les viroles en T\u00e9flon<\/strong> exigent une plage de tol\u00e9rance sp\u00e9cifique du diam\u00e8tre ext\u00e9rieur (g\u00e9n\u00e9ralement +0,0\/\u22120,1 mm) et l'absence de rayures superficielles d'une profondeur sup\u00e9rieure \u00e0 0,5 \u03bcm dans la zone d'appui de la ferrule, ce qui rend l'inspection de surface indispensable dans le processus de finition de ces configurations.<\/p>\n

Compatibilit\u00e9 de la configuration finale avec les m\u00e9thodes de scellage du syst\u00e8me UV<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Fin de la configuration<\/th>\nRugosit\u00e9 de surface Ra (\u03bcm)<\/th>\nType de joint compatible<\/th>\nPression nominale type<\/th>\nFormulaire de candidature commun<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Taille carr\u00e9e<\/td>\n0,5\u20132,5<\/td>\nPince m\u00e9canique uniquement<\/td>\nFaible (< 1 bar)<\/td>\nSyst\u00e8mes UV \u00e0 cuve ouverte<\/td>\n<\/tr>\n
Poli au feu<\/td>\n0,1\u20130,4<\/td>\nJoint torique ; virole en PTFE<\/td>\nMod\u00e9r\u00e9 (1 \u00e0 6 bars)<\/td>\nManchons pour le traitement de l'eau par UV<\/td>\n<\/tr>\n
Poli optiquement<\/td>\n<0.05<\/td>\nContact optique ; ferrule de pr\u00e9cision<\/td>\nFaible \u00e0 mod\u00e9r\u00e9<\/td>\nOptiques UV pour semi-conducteurs<\/td>\n<\/tr>\n
\u00c0 bride<\/td>\n0.1-0.5<\/td>\nBride + joint<\/td>\n\u00c9lev\u00e9e (> 6 bars)<\/td>\nR\u00e9acteurs UV sous pression<\/td>\n<\/tr>\n
Raccord \u00e0 verre rod\u00e9<\/td>\n0,4\u20131,0<\/td>\nVerre-verre ; manchon en PTFE<\/td>\nFaible<\/td>\nPhotor\u00e9acteurs de laboratoire<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Indices de r\u00e9sistance thermique et chimique<\/h3>\n

L'environnement de fonctionnement d'un syst\u00e8me UV soumet le tube en quartz \u00e0 des contraintes thermiques et chimiques qui ont autant d'incidence sur sa dur\u00e9e de vie que les sp\u00e9cifications optiques en ont sur ses performances.<\/p>\n

Le quartz fondu r\u00e9siste \u00e0 des temp\u00e9ratures de fonctionnement en continu pouvant atteindre 1 100 \u00b0C.<\/strong> et peut supporter de br\u00e8ves expositions \u00e0 des temp\u00e9ratures allant jusqu\u2019\u00e0 1 650 \u00b0C sans d\u00e9faillance structurelle \u2014 une r\u00e9serve thermique bien sup\u00e9rieure aux exigences de toute application utilisant des lampes UV, o\u00f9 les temp\u00e9ratures \u00e0 la surface des tubes en quartz d\u00e9passent rarement 750 \u00b0C dans des conditions normales de fonctionnement. Le param\u00e8tre thermique le plus pertinent pour les applications UV est r\u00e9sistance aux chocs thermiques<\/strong>, quantifi\u00e9e par le diff\u00e9rentiel de temp\u00e9rature maximal (\u0394T) que le tube peut supporter en toute s\u00e9curit\u00e9 lors d'\u00e9v\u00e9nements thermiques instantan\u00e9s. Pour le quartz fondu, dont le coefficient de dilatation thermique est de 0,55 \u00d7 10\u207b\u2076\/\u00b0C, le seuil de \u0394T sans risque est d\u2019environ 1 000 \u00b0C \u2014 contre environ 200 \u00b0C pour le verre borosilicat\u00e9 \u2014, ce qui fait que les cycles de d\u00e9marrage rapides des lampes et les projections d\u2019eau froide ne constituent pas une menace pour les manchons en quartz correctement dimensionn\u00e9s.<\/p>\n

D'un point de vue chimique, le quartz fondu est inerte face \u00e0 pratiquement tous les acides aux concentrations rencontr\u00e9es dans le traitement de l'eau par UV et les proc\u00e9d\u00e9s photochimiques, y compris les acides chlorhydrique, sulfurique, nitrique et phosphorique \u00e0 des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es. La seule exception notable est l'acide fluorhydrique (HF) et les compos\u00e9s contenant du fluorure<\/strong>, qui attaquent le r\u00e9seau Si\u2013O \u00e0 des vitesses mesurables, m\u00eame \u00e0 temp\u00e9rature ambiante et \u00e0 des concentrations de l'ordre du ppm. Dans les applications photochimiques impliquant des solvants fluor\u00e9s ou des photor\u00e9actions g\u00e9n\u00e9rant du HF, il convient d'envisager des mat\u00e9riaux alternatifs tels que des rev\u00eatements en quartz synth\u00e9tique fluor\u00e9 ou des tubes en saphir. Les milieux aqueux alcalins dont le pH est sup\u00e9rieur \u00e0 10 provoquent une attaque lente de la surface du quartz \u00e0 des vitesses comprises entre 0,01 et 0,1 \u03bcm par heure \u00e0 25 \u00b0C \u2014 ce qui est n\u00e9gligeable pour la plupart des applications de traitement de l\u2019eau par UV, dont la dur\u00e9e de vie est de 8 000 \u00e0 12 000 heures, mais mesurable dans le cadre d\u2019exp\u00e9riences de longue dur\u00e9e en photor\u00e9acteur de laboratoire o\u00f9 la pr\u00e9servation de la qualit\u00e9 de la surface est essentielle.<\/p>\n

Donn\u00e9es de r\u00e9f\u00e9rence sur la r\u00e9sistance thermique et chimique<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Propri\u00e9t\u00e9<\/th>\nQuartz fondu Valeur<\/th>\nValeur du verre borosilicat\u00e9<\/th>\nImportance pour les syst\u00e8mes UV<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Temp\u00e9rature d'utilisation en continu (\u00b0C)<\/td>\n1,100<\/td>\n500<\/td>\nMarge de s\u00e9curit\u00e9 relative \u00e0 la temp\u00e9rature de surface de la lampe UV<\/td>\n<\/tr>\n
Temp\u00e9rature maximale \u00e0 court terme (\u00b0C)<\/td>\n1,650<\/td>\n600<\/td>\nTol\u00e9rance aux pics de tension lors de l'allumage de la lampe<\/td>\n<\/tr>\n
Coefficient de dilatation thermique (\u00d710\u207b\u2076\/\u00b0C)<\/td>\n0.55<\/td>\n3.3<\/td>\nR\u00e9sistance aux chocs thermiques<\/td>\n<\/tr>\n
\u0394T admissible (\u00b0C)<\/td>\n~1,000<\/td>\n~200<\/td>\nJet d'eau froide ; cycles rapides<\/td>\n<\/tr>\n
R\u00e9sistance HF<\/td>\nMauvais (gravures)<\/td>\nMauvais (gravures)<\/td>\nIncompatibilit\u00e9 avec les proc\u00e9d\u00e9s au fluorure<\/td>\n<\/tr>\n
R\u00e9sistance aux alcalis (pH > 10)<\/td>\nMod\u00e9r\u00e9<\/td>\nPauvre<\/td>\nQualit\u00e9 de surface \u00e0 long terme dans une eau \u00e0 pH \u00e9lev\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
R\u00e9sistance aux acides (hors HF)<\/td>\nExcellent<\/td>\nBon<\/td>\nCompatibilit\u00e9 avec les nettoyants chimiques<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Tubes<\/p>\n

Exigences relatives aux tubes en quartz destin\u00e9s \u00e0 des applications sp\u00e9cifiques dans les diff\u00e9rents secteurs de l'industrie des UV<\/h2>\n

Chaque secteur d'application des rayons UV impose une hi\u00e9rarchie distincte d'exigences en mati\u00e8re de performances, et les sp\u00e9cifications des tubes de quartz sur mesure s'adaptent en cons\u00e9quence : de la certification de la transmittance dans le traitement de l'eau \u00e0 l'ultra-pr\u00e9cision g\u00e9om\u00e9trique dans la fabrication des semi-conducteurs.<\/p>\n

En identifiant le facteur d\u00e9terminant en mati\u00e8re de sp\u00e9cifications pour chaque type d'application, les \u00e9quipes d'ing\u00e9nierie peuvent concentrer la rigueur des sp\u00e9cifications l\u00e0 o\u00f9 elle aura le plus d'impact sur les performances du syst\u00e8me, plut\u00f4t que d'appliquer des sp\u00e9cifications excessives de mani\u00e8re uniforme \u00e0 tous les param\u00e8tres.<\/p>\n

Manchons en quartz dans les syst\u00e8mes de purification d'eau par rayonnement UV<\/h3>\n

Dans les syst\u00e8mes de purification de l'eau par UV, le manchon en quartz remplit une double fonction qui le soumet \u00e0 des contraintes \u00e0 la fois optiques et m\u00e9caniques : il doit transmettre l'\u00e9nergie UV de la lampe \u00e0 la colonne d'eau avec une att\u00e9nuation minimale, tout en assurant une barri\u00e8re \u00e9tanche sur le plan hydraulique entre la lampe et l'eau.<\/p>\n

L'exigence de transmittance \u00e0 254 nm constitue le principal param\u00e8tre de validation.<\/strong> en ce qui concerne les manchons destin\u00e9s au traitement de l'eau par UV, les cadres r\u00e9glementaires aux \u00c9tats-Unis (manuel de l'EPA sur la d\u00e9sinfection par UV), en Europe (norme DVGW W294) et en Australie (directives de la WSAA) pr\u00e9cisant tous des seuils minimaux de transmittance qui doivent \u00eatre v\u00e9rifi\u00e9s par mesure spectrophotom\u00e9trique<\/a>3<\/a><\/sup> sur les lots de production \u2014 et non pas simplement d\u00e9duite des certificats de qualit\u00e9 des mat\u00e9riaux. Une baisse de la transmittance du manchon de 5 points de pourcentage \u00e0 254 nm \u2014 passant de 90% \u00e0 85% \u2014 r\u00e9duit la dose d\u2019UV d\u00e9livr\u00e9e aux agents pathog\u00e8nes d\u2019environ 6%, une r\u00e9duction susceptible de faire passer un r\u00e9acteur valid\u00e9 de la conformit\u00e9 \u00e0 la non-conformit\u00e9 dans des conditions d\u2019utilisation de lampes \u00e0 basse pression. Par cons\u00e9quent, La certification spectrophotom\u00e9trique des lots de production avec une pr\u00e9cision de mesure de \u00b11% est une pratique courante.<\/strong> dans la fabrication de manchons destin\u00e9s au traitement de l'eau par rayons UV.<\/p>\n

L'environnement hydraulique impose des contraintes m\u00e9caniques suppl\u00e9mentaires : les manchons utilis\u00e9s dans les r\u00e9acteurs \u00e0 cuve ferm\u00e9e sous pression doivent r\u00e9sister en permanence \u00e0 une pression interne de l'eau comprise entre 6 et 10 bars, ainsi qu'aux transitoires de pression survenant lors de l'actionnement des vannes. L'\u00e9paisseur des parois dans ces applications est donc choisie non seulement en fonction de la transmittance, mais aussi en fonction de marge minimale de pression d'\u00e9clatement<\/strong> \u2014 g\u00e9n\u00e9ralement 3 fois la pression de service \u2014 ce qui, pour un manchon de 50 mm de diam\u00e8tre ext\u00e9rieur \u00e0 une pression de service de 10 bars, n\u00e9cessite une \u00e9paisseur de paroi d'au moins 2,5 mm en quartz fondu standard.<\/p>\n

Tubes en quartz sur mesure pour r\u00e9acteurs photochimiques de laboratoire<\/h3>\n

Les r\u00e9acteurs photochimiques de laboratoire constituent la cat\u00e9gorie d'applications pr\u00e9sentant la plus grande diversit\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique pour les tubes en quartz sur mesure, en raison des g\u00e9om\u00e9tries non standard des lampes, des configurations des cuves de r\u00e9action et des exigences en mati\u00e8re de trajet optique qui caract\u00e9risent la photochimie \u00e0 l'\u00e9chelle de la recherche.<\/p>\n

Les r\u00e9acteurs \u00e0 puits d'immersion \u2014 le type de photor\u00e9acteur le plus courant en laboratoire \u2014 n\u00e9cessitent un tube en quartz dont une extr\u00e9mit\u00e9 est ferm\u00e9e, pr\u00e9sentant un espace annulaire contr\u00f4l\u00e9 avec pr\u00e9cision entre la paroi ext\u00e9rieure du tube et la paroi int\u00e9rieure de la cuve du r\u00e9acteur, et dont l'extr\u00e9mit\u00e9 ouverte est adapt\u00e9e aux raccords d'entr\u00e9e et de sortie de gaz<\/strong> qui fournissent de l'air de refroidissement ou une atmosph\u00e8re inerte au bo\u00eetier de la lampe. La largeur de l'interstice annulaire, g\u00e9n\u00e9ralement comprise entre 5 et 15 mm, doit \u00eatre uniforme \u00e0 \u00b10,5 mm pr\u00e8s sur toute la longueur du tube afin de garantir que le flux de photons atteignant la solution r\u00e9actionnelle soit spatialement homog\u00e8ne. Les r\u00e9acteurs de type carrousel, tels que le photor\u00e9acteur Rayonet largement utilis\u00e9 en photochimie de synth\u00e8se, n\u00e9cessitent des r\u00e9seaux de 8 \u00e0 16 tubes de quartz identiques avec des tol\u00e9rances de longueur de \u00b10,2 mm afin de maintenir la sym\u00e9trie du r\u00e9seau de lampes. Le retard optique de chaque tube \u2014 qui mesure la contrainte interne r\u00e9siduelle issue de la fabrication \u2014 doit \u00eatre inf\u00e9rieur \u00e0 10 nm\/cm, ce qui doit \u00eatre confirm\u00e9 par une inspection polarim\u00e9trique, afin d\u2019emp\u00eacher que la bir\u00e9fringence induite par les contraintes ne fausse les exp\u00e9riences photochimiques en lumi\u00e8re polaris\u00e9e.<\/p>\n

Les tubes en quartz sur mesure destin\u00e9s aux photor\u00e9acteurs de laboratoire n\u00e9cessitent souvent orifices lat\u00e9raux, raccords d'extr\u00e9mit\u00e9 compatibles avec les vannes ou chemises de refroidissement int\u00e9gr\u00e9es<\/strong>, des configurations r\u00e9alis\u00e9es par des op\u00e9rations successives de tournage et d'assemblage \u00e0 la flamme sur des tubes de quartz pr\u00e9form\u00e9s. L'historique thermique de chaque op\u00e9ration d'assemblage doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 afin d'\u00e9viter toute concentration de contraintes au niveau des joints \u2014 un mode de rupture qui se manifeste par des fissures lors des cycles thermiques plut\u00f4t que lors du contr\u00f4le initial de fabrication.<\/p>\n

Tubes en quartz destin\u00e9s \u00e0 la photolithographie et au contr\u00f4le des semi-conducteurs<\/h3>\n

Les applications UV dans le domaine des semi-conducteurs constituent la limite sup\u00e9rieure absolue des sp\u00e9cifications des tubes en quartz, o\u00f9 les exigences en mati\u00e8re de puret\u00e9 du mat\u00e9riau, de pr\u00e9cision g\u00e9om\u00e9trique et de qualit\u00e9 de surface d\u00e9passent de loin celles de tout autre secteur utilisant les UV.<\/p>\n

La photolithographie par laser excim\u00e8re ArF fonctionne \u00e0 193 nm, et la lithographie KrF \u00e0 248 nm \u2014 des longueurs d'onde auxquelles uniquement du quartz synth\u00e9tique de type IV dont la teneur en impuret\u00e9s m\u00e9talliques est inf\u00e9rieure \u00e0 0,05 ppm et la teneur en OH inf\u00e9rieure \u00e0 0,5 ppm<\/strong> atteint les valeurs de transmittance (\u226595% par centim\u00e8tre de chemin optique) requises pour la qualification des r\u00e9ticules et des \u00e9l\u00e9ments optiques. \u00c0 ces longueurs d\u2019onde, une seule rayure superficielle de plus de 0,1 \u03bcm ou une inclusion sous-superficielle de plus de 50 \u03bcm constitue un d\u00e9faut r\u00e9dhibitoire susceptible d\u2019introduire une diffusion coh\u00e9rente dans le champ d\u2019\u00e9clairage, ce qui d\u00e9formerait l\u2019image a\u00e9rienne et r\u00e9duirait la r\u00e9solution lithographique. Inspection de surface par scatterom\u00e9trie laser avec une sensibilit\u00e9 de d\u00e9tection \u00e9quivalente \u00e0 une section efficace de diffusion de 0,1 \u03bcm\u00b2<\/strong> Il s'agit d'une \u00e9tape obligatoire de qualification des composants optiques en quartz utilis\u00e9s dans les syst\u00e8mes de photolithographie.<\/p>\n

Les tol\u00e9rances g\u00e9om\u00e9triques des composants en quartz UV destin\u00e9s \u00e0 l'industrie des semi-conducteurs atteignent des niveaux qui posent un d\u00e9fi aux proc\u00e9d\u00e9s conventionnels de formage de tubes : des tol\u00e9rances de rectitude de \u00b10,01 mm par 100 mm de longueur de tube, une concentricit\u00e9 de \u00b10,02 mm et une circularit\u00e9 du diam\u00e8tre ext\u00e9rieur de \u00b10,01 mm sont des exigences repr\u00e9sentatives pour les tubes de guidage du faisceau des syst\u00e8mes d'inspection de plaquettes. Ces tol\u00e9rances n\u00e9cessitent des op\u00e9rations de rectification cylindrique et de rodage apr\u00e8s formage, ce qui allonge consid\u00e9rablement les d\u00e9lais de fabrication par rapport \u00e0 la production standard de tubes en quartz, et impose une v\u00e9rification dimensionnelle sur des machines \u00e0 mesurer tridimensionnelles (MMT) plut\u00f4t qu'une simple mesure \u00e0 l'aide de jauges.<\/p>\n

Matrice de priorit\u00e9s des sp\u00e9cifications propres \u00e0 l'application<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Application<\/th>\nPilote de sp\u00e9cifications principal<\/th>\nPilote de sp\u00e9cifications secondaires<\/th>\nQualit\u00e9 des mat\u00e9riaux<\/th>\nCertificat de transmittance requis<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Traitement de l'eau par rayons UV<\/td>\nTransmittance \u00e0 254 nm<\/td>\n\u00c9paisseur de paroi ; tol\u00e9rance du diam\u00e8tre ext\u00e9rieur<\/td>\nType I ou Type IV<\/td>\nOui \u2014 conform\u00e9ment \u00e0 la norme r\u00e9glementaire<\/td>\n<\/tr>\n
Photor\u00e9acteur de laboratoire<\/td>\nUniformit\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique<\/td>\nRetard optique ; configuration finale<\/td>\nType I ou Type II<\/td>\nRecommand\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n
Phototh\u00e9rapie aux UV<\/td>\nUniformit\u00e9 de l'irradiance<\/td>\nTol\u00e9rance de longueur ; transmittance des UVB<\/td>\nType I<\/td>\nNon (au niveau de l'appareil)<\/td>\n<\/tr>\n
Lithographie des semi-conducteurs<\/td>\nTransmission dans l'ultraviolet profond<\/td>\nDensit\u00e9 des d\u00e9fauts de surface ; rectitude<\/td>\nType IV uniquement<\/td>\nOui \u2014 spectrophotom\u00e9trie tra\u00e7able<\/td>\n<\/tr>\n
Inspection des semi-conducteurs<\/td>\nPr\u00e9cision g\u00e9om\u00e9trique<\/td>\nDiffusion de surface ; concentricit\u00e9<\/td>\nType IV<\/td>\nOui<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Tubes<\/p>\n

Trois id\u00e9es re\u00e7ues courantes concernant l'achat de tubes \u00e0 quartz UV<\/h2>\n

M\u00eame au sein d\u2019\u00e9quipes d\u2019achat dot\u00e9es d\u2019une solide expertise technique, trois id\u00e9es fausses sp\u00e9cifiques concernant les tubes \u00e0 quartz UV reviennent suffisamment souvent pour justifier une rectification imm\u00e9diate \u2014 chacune d\u2019entre elles refl\u00e9tant un \u00e9cart entre les connaissances g\u00e9n\u00e9rales sur les mat\u00e9riaux et la pr\u00e9cision propre \u00e0 chaque application que requiert la performance des syst\u00e8mes UV.<\/p>\n