La norme américaine USP 1072 a pour but d’assurer que toutes les surfaces dans les environnements contrôlés (salles propres, isolateurs, zones de production stériles) sont traitées de manière à limiter la bio-charge et les risques de contaminations croisées. La mise en œuvre du procédé de désinfection doit respecter le niveau de classification des salles (ISO-5 à ISO-8), la compatibilité avec les matériaux, le respect de l’intégrité du personnel et l’absence de résidu chimique après traitement.

La désinfection des locaux de production par la Lumière Intense Pulsée s’inscrit dans cet usage. Comme tout autre procédé, des tests d’efficacité sur les différents points critiques doivent être effectués. La robustesse de son protocole doit être démontrée. La SAL (Sterility Assurance Level) sera définie par le responsable de l’entité de production en lien avec le monitoring microbiologique et permettra d’adapter le protocole à l’objectif recherché.

Par ailleurs, la Lumière Intense Pulsée permet à ce jour d’atteindre un abattement logarithmique de 10-6 sur Géobacillus stearothermophilus.

Ce potentiel de désinfection, l’inscrit de fait, dans les niveaux d’exigence de la norme USP 1229 de stérilisation des dispositifs pharmaceutiques et médicaux (tests in situ réalisés à 100mJ/cm2 sur la souche ATCC 7953 par la société Biopulz, 2023.). 

Au même titre que les technologies VHP, cette technologie pourrait s’inscrire dans les sous-sections 1229.11 ou est défini le procédé (VHP / vapeur) et la sous-section 1229.14 qui impose la validation, c’est-à-dire démontrer, dans la configuration des industriels (matériaux, charge, géométrie, bioburden, type d’articles, exposition…), que le procédé réduit la population de micro-organismes de façon fiable, préserve l’intégrité des matériaux et est reproductible avec un objectif de SAL 10^-6.

Aujourd’hui, ce nouvel usage n’est pas répertorié par l’USP en raison de la nouveauté de cette technologie, celle-ci nécessitera sans doute d’être documentée pour s’inscrire dans les pratiques de l’USP.

1. Histoire du développement de la lumière intense pulsée

La Lumière Intense Pulsée ou LIP utilise des flashs lumineux très brefs (quelques microsecondes) émis par une lampe au xénon. Pour rappel, le spectre lumineux émis couvre les Ultra-violets A, B et C, la lumière visible et l’infrarouge. L’ensemble du spectre lumineux permet de détruire l’ADN des micro-organismes par photo-destruction.

Dans les années 1980-1990, la lumière intense pulsée a été développée pour des applications médicales et cosmétiques (épilation, dermatologie). Parallèlement, des chercheurs ont exploré son potentiel germicide, notamment contre les bactéries, les levures et les spores.

Dans le début des années 2000, les premières études scientifiques ont démontré l’efficacité de la LIP pour la désinfection des surfaces et des emballages dans l’industrie agroalimentaire. Conjointement, cette technologie a commencé à être adaptée pour répondre aux normes strictes de stérilisation en industrie pharmaceutique.

Dans le milieu des années 2000-2010, cette technologie se déploie progressivement dans l’industrie pharmaceutique, pour stériliser des composants sensibles dans des environnements de salles blanches (blisters, flacons, films plastiques). Est reconnu à cette nouvelle technologie différents avantages : rapidité du traitement, pas d’utilisation de produits chimiques. Ne produisant pas de chaleur, elle s’avère compatible avec des matériaux thermosensibles. 

Depuis les années 2010, cette technologie a été mise à l’épreuve dans des protocoles expérimentaux pour la désinfection de différents types d’emballage dont des emballages en Tyvec. Les entreprises en charge de ces développements ont désormais pour objectif de valider les conformités selon les normes USP 1229 et 661. Cela leur permettrait d’intégrer cette technologie dans des lignes de production automatisées pour garantir une désinfection aseptique en continu.

Les recherches actuelles consistent à optimiser les paramètres (durée, intensité, distance, répétition des flashs). Les usages de la LIP se développent dans la désinfection de l’air et des surfaces dans les zones critiques en industrie pharmaceutique. Elles tentent d’éprouver l’efficacité de la LIP contre des agents pathogènes résistants et contre les spores de bactéries.

2. Spécificités des différentes technologies lumière  

2.1 Ultra-violet-C

Les ultra-violets-C sont une technologie simple, éprouvée, active à faible distance (3-4 cm), idéale pour une désinfection de surface ou d’air continue. Néanmoins, ils sont peu efficaces sur des spores ou bactéries résistantes.

Les rayonnements UV-C sont produits par des lampes au mercure ou par des lampes LED. Ils agissent en dégradant l’ADN, l’ARN et les protéines des microbes ce qui inactive ces derniers par blocage de leur réplication. Les applications actuelles de cette technologie bien documentée concernent la désinfection des surfaces, de l’air, de l’eau. Les UV-C présentent un risque pour la santé humaine (peau, yeux) car ce procédé est souvent utilisé à proximité du personnel.

2.2 Laser

La technologie Laser est très précise et puissante.  Il s’agit d’un faisceau lumineux monochromatique, directionnel, qui cible des zones très limitées. 

Son mécanisme d’action dépend du type de laser et de la longueur d’onde. Les UV-laser ( Excimer 248–308 nm, 222 nm KrCl) ont une action similaire aux UV-C classiques.

Les laser visibles et infra-rouges permettent une désinfection par effet thermique (chauffage, carbonisation, perforation de membranes bactériennes). Les applications principales concernent les traitements ciblés pour les dispositifs médicaux dans le cadre d’une chirurgie stérile (pipettes, instruments chirurgicaux). Elle n’est pas adaptée à la désinfection de grandes surfaces. Cette technologie présente des risques de brûlures du personnel et de dégradations thermiques des équipements.

2.3 Lumière intense pulsée 

La Lumière Intense Pulsée (LIP) associe une puissance élevée, un large spectre lumineux et la capacité de traiter de vastes surfaces. 

Elle se montre efficace contre une grande variété de micro-organismes, y compris les spores bactériennes (norme EN 17272- BIOPULZ 2021) et convient particulièrement à l’industrie pharmaceutique pour des opérations de désinfection rapides et sans résidus chimiques. Son action repose sur l’émission de flashs de très forte intensité (Irradiance en mW/cm²) couvrant un spectre étendu de 200 à 1100 nm, englobant les UV, le visible et l’infrarouge.

Cette combinaison permet une inactivation microbienne par des mécanismes photochimiques (altération de l’ADN, production de radicaux libres), photothermiques (élévation rapide et locale de la température) et photophysiques (effets mécaniques liés à l’onde lumineuse).

La LIP constitue ainsi une méthode non thermique de décontamination rapide, adaptée aux surfaces sensibles à la chaleur.

Son efficacité varie en fonction de plusieurs paramètres :  le nombre de flashs, la distance entre la source et la zone traitée, ainsi que la nature du micro-organisme ciblé. La perte d’énergie liée à la distance entre la surface à désinfecter et la source lumineuse sera compensée par l’augmentation du nombre de flashs. 

La quantité totale d’énergie délivrée par l’ensemble des flashs au cours d’un même cycle de traitement est mesurée par un paramètre physique : la fluence, exprimée en mJ/cm² (voir définition ci-dessous). La fluence est l’une des valeurs clef de cette technologie.

3. Fluence et irradiance

Comme nous l’avons indiqué précédemment, la fluence et l’irradiance sont deux données physiques mesurables essentielles dans la compréhension du procédé de désinfection par la LIP 

3.1 La fluence 

La fluence (F) correspond à l’énergie lumineuse reçue par unité de surface, exprimée en mJ/cm². 

Selon la littérature, l’efficacité de la désinfection est directement corrélée à la fluence : chaque micro-organisme présente une dose seuil, ou fluence critique, au-delà de laquelle son inactivation est assurée. La relation est de type dose-réponse : plus la fluence augmente, plus l’abattement logarithmique est important. (A. Wekhof, 2000)

À titre indicatif, une fluence de 0,5 à 1 J/cm² permet d’obtenir une réduction de 2 à 3 log pour E. coli, tandis que des fluences de 5 à 10 J/cm² atteignent des réductions de 5 à 6 log. 

À faible fluence, l’effet prédominant est photolytique, essentiellement lié à l’action des UV-C sur l’ADN, alors qu’à forte fluence s’ajoutent des effets thermiques et mécaniques, amplifiant considérablement l’efficacité d’inactivation. Les spores bactériennes et les moisissures nécessitent toutefois des fluences nettement plus élevées, souvent supérieures à 80 mJ/cm², contrairement aux virus, plus sensibles.

En pratique, le choix de la fluence nécessaire pour atteindre un niveau de réduction déterminé (par exemple 5 log) doit s’appuyer sur les données bibliographiques et sur des calculs permettant d’en déduire le nombre de flashs requis. Ces calculs intègrent la distance à l’objet à la surface à désinfecter.  Le protocole qualifié doit également tenir compte de la nature des matériaux exposés et de leur sensibilité à la lumière pulsée, conformément aux recommandations de l’USP-1072. Une cartographie précise des zones à traiter est indispensable en amont, afin de tenir compte  des zones critiques pouvant compromettre l’efficacité du traitement. 

La sensibilité des matériaux à cette technologie constitue un enjeu essentiel. 

De la même manière, l’introduction de procédés de désinfection ou de stérilisation par VHP ou par brumisation d’acide peracétique ou de peroxyde d’hydrogène a déjà conduit les industriels à adapter leurs salles de production afin de prévenir les phénomènes d’oxydation provoqués par ces méthodes sur les équipements et les matériaux. 

Les essais réalisés par le laboratoire Praxens pour la société BIOPULZ montrent, par exemple, que le matériau “Mipolan” commence à se colorer après 30 séries de 23 flashs à 1 J/cm², soit une dose cumulée de 690 J/cm².

Un traitement efficace contre les spores bactériennes requiert seulement 100 mJ/cm² : l’altération du matériau n’apparaîtrait donc qu’après 69 000 cycles de désinfection, ce qui représente près de 5 750 mois pour une fréquence d’un cycle par mois. D’autres matériaux devront être testés pour documenter cette partie essentielle. 

3.2 L’irradiance

L’irradiance (notée E, en Watt/m²) est la puissance optique reçue par unité de surface perpendiculaire au faisceau lumineux. Elle caractérise la puissance optique instantanée reçue à un moment donné sur une surface.

La fluence lumineuse (notée H, en Joules/m²) est la quantité totale d’énergie lumineuse reçue par unité de surface au cours d’un intervalle de temps donné. Elle correspond donc à l’intégrale temporelle de l’irradiance.

Cette relation est fondamentale pour évaluer l’effet d’une exposition lumineuse (comme la lumière intense pulsée) sur une surface cible, notamment pour des applications de désinfection ou de traitement photochimique. L’irradiance décrit l’intensité instantanée, tandis que la fluence reflète la dose totale d’énergie reçue, paramètre critique pour l’inactivation des microorganismes. Comme nous le voyons dans ces différentes études, le résultat que l’on obtient en termes de réduction logarithmique est corrélé à la valeur de la fluence, elle-même corrélée à la valeur de l’irradiance.  

3.3 Comment mesurer la fluence ? 

Deux approches sont couramment employées pour mesurer la fluence. 

La première repose sur des indicateurs colorimétriques, qui évaluent la fluence dans une longueur d’onde spécifique. Comme tout dispositif colorimétrique, ils présentent une part d’interprétation et ne fournissent qu’une estimation approximative. Leur faible coût et leur simplicité d’utilisation en font toutefois des outils utiles lors de l’introduction de la lumière pulsée dans un nouvel environnement.

La seconde approche utilise des capteurs électroniques de fluence. Les modèles actuellement disponibles sur le marché ne peuvent cependant pas mesurer des fluences élevées, car les cellules photoélectriques qu’ils intègrent sont rapidement saturées par les niveaux générés par la lumière intense pulsée. À ce jour, la fluence ne peut donc être mesurée que sur une longueur d’onde donnée, principalement en UV-C. 

Une nouvelle génération de capteurs, spécialement conçus pour la lumière intense pulsée et bénéficiant d’un étalonnage adapté, commence néanmoins à émerger. La fluence demeure l’élément central du processus de désinfection : elle peut être assimilée à la quantité de principe actif d’un biocide, son efficacité augmentant proportionnellement à la dose reçue. 

4. Principaux procédés de désinfection par la lumière utilisés en industrie 

(Voir Tab1) Sur les dispositifs utilisant la LIP, la durée de vie des lampes au Xénon utilisées dans la LIP est estimée à 1 million de flashs.

Pour s’assurer de la fiabilité de la lampe, deux capteurs ont été développés : un capteur d’irradiance et un capteur de fluence.

Le capteur d’irradiance placé au niveau de la source lumineuse mesure la puissance d’émission du flash, ce qui permet de s’assurer qu’il n’existe pas d’écart par rapport à l’irradiance définie lors de la qualification de performance (QP). 

Le capteur de fluence est mobile, il mesure la quantité d’énergie/cm² reçue par la surface traitée. Ce capteur est soumis à une métrologie annuelle auprès d’un organisme certifié (Laboratoire National d’Essai).

Ces deux capteurs permettent de s’assurer que la lampe est fonctionnelle en lien avec les valeurs définies lors de la qualification de performance (QP). Lorsque les valeurs des capteurs sont incorrectes, le cycle de désinfection est invalidé, ce qui implique la nécessité du remplacement de la lampe au Xénon, indépendamment du nombre de flashs réalisés par celle-ci. 

Ainsi la valeur théorique de durée de vie de la lampe est réévaluée à chaque cycle de désinfection afin de garantir la tenue des paramètres définies lors de la QP. 

5. Comprendre l’efficacité desinfectante de la lumière intense pulsée en parcourant la bibliographie scientifique

Comment la lumière intense pulsée permet-elle de réaliser des désinfections rapides, efficaces et sans résidus 

Qu’en est-il des résultats observés et quelle corrélation avec l’intensité des flashs émis ? L’une des études les plus complète parue en juin 2000 dans “PDA Journal of Pharmaceutical Science & Technology” montre une corrélation entre l’efficacité désinfectante exprimée en réduction logarithmique et la Fluence (J/cm²). 

Nous vous proposons également une revue des différentes études réalisées sur différents supports. 

Comme on peut le constater ci-dessous avec les Biocides, tous les micro-organismes ne présentent pas une sensibilité équivalente à la LIP. (Voir Tab2 & Tab3)

6. Quels types de bio-indicateurs pour mesurer la performance de la lip ?

Les bio-indicateurs ont pour rôle de reproduire une contamination et son processus de désinfection dans un environnement donné. 

Dans le cas de la lumière pulsée, comme pour les autres technologies utilisant la lumière, des bio-indicateurs spécifiquement développés pour cette méthode restent rares sur le marché voir, inexistants. 

Pour garantir une représentativité adéquate de l’opération réalisée, trois conditions doivent être réunies. 

Il est d’abord nécessaire d’utiliser un micro-organisme reconnu en industrie pharmaceutique : Geobacillus stearothermophilus (ATCC 7953) constitue la souche de référence, recommandée par les pharmacopées (USP, Ph. Eur., JP) et par les guides ICH, notamment pour la validation des cycles de stérilisation conformément aux recommandations ICH Q8, Q9, Q10 ainsi qu’aux lignes directrices de l’EMA et de la FDA. 

Il importe ensuite de sélectionner un bio-indicateur (support et protocole de répartition des souches sur le support) spécifiquement conçu pour la lumière intense pulsée et non un dispositif destiné à d’autres technologies, comme le peroxyde d’hydrogène ou la VHP.

Enfin, les germes doivent être maintenus en monocouche dans de l’eau stérile avant dispersion sur le support afin d’éviter la formation d’agglomérats susceptibles de biaiser l’évaluation. (voir Tab4)

7. Les applications émergentes de la lumière intense pulsée en industrie

La lumière intense pulsée (LIP) présente un fort potentiel de développement dans l’industrie pharmaceutique, car elle permet une désinfection ou une désinfection SAL-6 rapide, sans chaleur et sans recours à des produits chimiques. 

Elle offre des applications variées, notamment pour la désinfection des emballages pharmaceutiques tels que les flacons en verre ou en plastique, les ampoules, les seringues préremplies, ainsi que les blisters, les films plastiques, les opercules et les bouchons. La LIP permet ainsi de traiter efficacement la surface des contenants avant le remplissage aseptique, tout en évitant l’usage d’agents comme l’oxyde d’éthylène ou le peroxyde d’hydrogène.

Cette technologie est également adaptée à la désinfection d’instruments ou de dispositifs médicaux sensibles, tels que les pipettes, micro-aiguilles, cathéters ou sondes endoscopiques, en particulier lorsque les matériaux ne tolèrent ni chaleur ni humidité. Elle constitue de ce fait une alternative intéressante aux procédés conventionnels comme l’autoclavage, l’oxyde d’éthylène ou le plasma de peroxyde d’hydrogène. 

En production pharmaceutique, la LIP peut être également utilisée pour la décontamination de surfaces critiques, convoyeurs, zones de contact, goulots de flacons , ainsi que pour le traitement rapide de l’air ou de  grandes surfaces en salle blanche.

Dans les activités de recherche et développement, la LIP permet d’inactiver virus et bactéries pour obtenir des échantillons non infectieux, par exemple dans le cadre de travaux sur des candidats vaccins, ou encore de désactiver des contaminants biologiques dans les matières premières pharmaceutiques.

Par rapport aux procédés traditionnels, la lumière intense pulsée se distingue par sa rapidité quelques secondes suffisent, l’absence de solvants ou de chimie résiduelle, sa compatibilité avec des matériaux thermosensibles et son action à large spectre couvrant bactéries, spores, virus, levures et moisissures.

 Certaines précautions demeurent toutefois nécessaires, notamment en raison du risque de dégradation photochimique de principes actifs sensibles, qui exige une étude de compatibilité préalable.

Dans le cadre de la désinfection des environnements de production, la lumière intense pulsée offre des avantages significatifs au regard des exigences réglementaires actuelles, notamment celles de l’annexe 1 des lignes directrices des ICH, qui imposent l’absence totale de résidus après les opérations de bionettoyage et de désinfection. 

Parallèlement, la nécessité de protéger les opérateurs contre les effets nocifs de certains agents chimiques et de limiter l’impact environnemental des procédés incite les industriels à adopter des technologies efficaces, sans résidus et sans risque pour la santé humaine. 

Dans ce contexte, la lumière intense pulsée constitue une solution particulièrement adaptée, ce qui explique son déploiement croissant pour la désinfection des RABS, des isolateurs, des SAS matériels, des SAS personnel et des salles de production.

Conclusion

La lumière intense pulsée, procédé athermique, s’impose comme une technologie de désinfection innovante, efficace, sans résidu chimique, écologique. Initialement développée pour la médecine et la cosmétique, son potentiel germicide a progressivement été évalué puis validé dans les domaines agroalimentaires et pharmaceutiques. 

Contrairement aux autres technologies lumière comme les UV-C ou le laser, la lumière intense pulsée combine un large spectre de lumière avec une forte puissance lui permettant une efficacité à longue distances (plusieurs mètres) et offre une inactivation rapide de nombreux micro-organismes, y compris les spores de bactéries. Son efficacité repose sur des mécanismes photo chimiques, photo thermiques et photo physiques, fortement corrélés à la fluence lumineuse, paramètre central dans l’efficacité du traitement. De nouveaux capteurs spécifiquement adaptés sont en développement car la mesure de cette fluence reste complexe. 

La validation de la lumière intense pulsée passe également par l’usage de bio indicateurs spécifiques. Geobacillus stearothermophilus, souche standard de l’industrie pharmaceutique est utilisée comme référence mais réclame une préparation adaptée. 

Face aux exigences réglementaires comme l’absence de résidus chimiques, la lumière intense pulsée répond aux besoins croissants de désinfection propre, rapide et compatible avec les matériaux sensibles. Aujourd’hui, ses applications s’élargissent à de nouveaux équipements (RABS, isolateurs, SAS, etc.) dans une logique de maîtrise du risque microbiologique.

Cette nouvelle technologie s’annonce comme un futur pilier des procédés aseptiques écoresponsables.