Traditionnellement, dans l’industrie agroalimentaire, le nettoyage et la désinfection s’effectuent à l’aide de détergents et d’eau liquide. Les bactéries présentes sur les surfaces forment des biofilms et adhèrent très fortement à la surface [Référence 1].
Des études ont montré que ces biofilms ne s’éliminent pas facilement avec des solutions détergentes car ils sont collants. Les bactéries sont plus faciles à éliminer des solutions liquides que des surfaces solides telles que l'acier inoxydable.
Les biofilms sont souvent difficiles à éliminer par des moyens mécaniques et chimiques. Des méthodes alternatives de désinfection doivent être explorées pour remplacer les méthodes mécaniques et chimiques. La figure 1 montre une surface en acier inoxydable infectée par des bactéries.
Le nettoyage au laser des surfaces infectées par des bactéries est une méthode très efficace car la chaleur produite par le laser est utilisée pour désinfecter la surface. La figure 2 montre le nettoyage laser d'une palette contaminée.
Des recherches ont été menées pour comprendre l’efficacité de l’utilisation de différents types de lasers pour nettoyer les surfaces infectées par des bactéries. Les lasers couramment utilisés sont des lasers pulsés, mais le choix de la longueur d'onde, de l'énergie des impulsions et du taux de répétition est très important. Dans une étude [Référence 2], sept types différents de lasers, allant de l'ultraviolet (355 nm) à l'infrarouge lointain (118 μm), ont été utilisés pour étudier leur efficacité à tuer la bactérie Escherichia coli (E-Coli). Parmi ces lasers, un laser pulsé CO2 de 10,6 µm et plusieurs lasers Nd:YAG fonctionnant aux longueurs d'onde nominales, deuxième et troisième harmoniques ont été utilisés.
Les recherches montrent qu’au-delà d’une certaine densité d’énergie, le laser pulsé CO2 est le plus efficace pour éliminer les bactéries, suivi du laser Nd:YAG. L’efficacité des rayons UV pour tuer les bactéries est bien connue, et un troisième laser efficace est le laser Nd:YAG à triple fréquence (émission à 355 nm). À des fins de test, E. coli a été cultivé sur plusieurs plaques et les plaques ont été exposées à une lumière laser. Après exposition, les plaques ont été incubées à 37 degrés pendant 24 heures. Si la stérilisation au laser fonctionne, des zones exemptes de bactéries seront observées après la croissance. Le tableau 1 présente les différents paramètres laser et les zones exemptes de bactéries observées après exposition à de tels lasers.
Comme le montre le tableau ci-dessus, la densité d'énergie du laser Lumonics Nd:YAG (impulsions de 10 ms avec 10 joules d'énergie à 20 Hz) était 246 fois supérieure à celle du laser CO2 et le temps d'exposition était également 533 fois plus long. Cette différence pourrait être attribuée au fait que l’eau absorbe le rayonnement infrarouge moyen (à 10,6 μm) beaucoup plus fort que le rayonnement infrarouge proche (1,06 μm) et que, comme les bactéries E-Coli résident dans l’eau, elles sont tuées plus facilement.
Les longueurs d'onde UV à 355 nm ont également bien répondu à la stérilisation, comme le montre le tableau. Les lasers triplés de fréquence fonctionnaient à un taux de répétition de 1 0 Hz et avaient une durée d'impulsion d'environ 5 ns. En comparant le laser triplé de fréquence Surlite avec le laser Lumonics Nd:YAG, on peut voir qu'avec une puissance moyenne 200 fois inférieure et un temps d'exposition près de 5 fois plus court (la densité énergétique était presque 20 fois inférieure), le laser Surlite a atteint le même ordre de grandeur de zone de nettoyage par rapport au Nd : YAG (0,123 cm2 contre 0,715 cm2).
Outre les lasers efficaces pour tuer les bactéries E-Coli, d’autres lasers étaient inefficaces. Certains de ces lasers comprenaient un laser IR lointain à 118 μm, un laser à diode à 0,81 μm et un laser à ions Argon à 0,488 μm. Plusieurs densités d’énergie différentes ont été utilisées pour ces lasers, mais elles se sont révélées inefficaces pour tuer les bactéries présentes sur les surfaces.
Allié Scientifique Proa développé un système de nettoyage laser à base de fibre qui a déjà été utilisé et a fait ses preuves dans de nombreux domaines différents tels que l'élimination des déchets dans l'industrie aéronautique, le nettoyage des monuments historiques et la décontamination d'une installation nucléaire. Ces systèmes de nettoyage laser disposent d'une tête laser, d'optiques et de miroirs galvo qui peuvent produire des faisceaux de différentes formes. Normalement, un faisceau linéaire est utilisé, mais pour étendre l'application de ces systèmes de nettoyage laser au nettoyage des surfaces infectées par des bactéries et pour augmenter la densité énergétique du faisceau, une taille de point circulaire peut être générée. En ce qui concerne le taux de répétition et la puissance moyenne, les spécifications sont compatibles avec les paramètres du laser Nd:YAG de Lumonics mentionnés dans le tableau 1.
La figure 4 montre le système de nettoyage laser d'Allied Scientific pro. Il s'agit d'un système de 100 watts fonctionnant à une longueur d'onde de 1030 nm appelé Laser Blast 100.
Les opérations de nettoyage de surfaces métalliques contaminées dans l’industrie alimentaire peuvent grandement bénéficier des systèmes de nettoyage laser décrits ci-dessus. Elle est plus rapide et plus efficace que les méthodes traditionnelles utilisant des moyens mécaniques et chimiques.
