Electromagnetic model of sunscreens
Modélisation électromagnétique pour le filtrage UV appliquée à la protection solaire
Résumé
Sunscreens, an emulsion of several phases, are used as UV filters in order to protect people from sun damages. Filters can be divided in two types: the chemical ones which are organic molecules that absorb selectively ultraviolet light and the physical ones (such as TiO2) which are inorganic particles that scatter and may absorb some of the UV radiation. The sunscreen quality is given by the sun protection factor (SPF), measured in vivo. In order to avoid long and complicated tests, a quick and simple in vitro method, using a plastic substrate, has been established, which gives an approximation of the SPF. In order to model the sunscreen protection, we had to evaluate the sunscreen distribution. We used an OCT (for Optical Coherence Tomography) device, after having spread a metallic thin on the substrate before applying the sunscreen. Theses images helped us to model the cream transmission on the skin or the plastic substrate, using the differential method which can calculate the scattering of light through a 2D structure.We then compared our results to measurements, but also studied the impact of several particles specifications, such as the size or the material of the particle, or study the effect of the skin hydration on the UV protection.Furthermore, we have compared our results to other calculation methods (Mie scattering or scattering by a set of parallel cylinders) in order to improve the calculation time and try a 3D-method.
Une crème solaire, ayant pour objectif de filtrer les UV, est un système complexe, à plusieurs phases, contenant deux types de filtres : des filtres dits chimiques - c'est-à-dire des molécules absorbantes - et des réflecteurs (comme le TiO2), protégeant par diffusion de la lumière. Afin d'évaluer l'efficacité des produits, des mesures d'indice de protection (IP ou SPF) existent ; la crème est placée in vivo sur différents phénotypes de peau ou in vitro sur un support plastique en PMMA.Afin de modéliser la protection solaire, nous avons cherché à connaitre la répartition de la crème sur son support. Nous avons pour cela utilisé l'OCT (Tomographie à Cohérence Optique) avec un support plastique métallisé, permettant d'améliorer le contraste des images.Ceci nous a alors permis, en connaissant les paramètres des différents filtres chimiques ou particulaires, de modéliser la transmission de la crème sur son support la peau ou le PMMA. Nous avons pour cela utilisé la méthode différentielle, une méthode de calcul de diffusion de la lumière permettant de traiter une structure bidimensionnelle.Nous avons alors pu comparer nos résultats de calcul avec des mesures de protection, étudier l'influence de quelques caractéristiques des particules comme la taille ou le matériau utilisé, ou bien encore évaluer l'effet de l'hydratation de la couche la plus externe de la peau sur la protection solaire. Nous avons par ailleurs cherché à améliorer la vitesse et le champ d'application des calculs en comparant les résultats obtenus par la méthode différentielle avec d'autres modèles (diffusion de la lumière par des tiges ou théorie de Mie).
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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