four à mirco.ondes

Historique

La découverte des micro-ondes reste un peu floue.Certaines sources l'attribuent à Percy Spencer qui travaillait sur les ondes radar pour le Massachusetts institut of technology,le MIT,en 1945. Il aurait constaté qu'un morceau de chocolat, posé près d'un guide d'ondes s'était ramolli. Jugé intéressant, le procédé aurait été industrialisé sous la forme d'un engin de réchauffage professionnel pour restaurants.

D'autres affirment que c'est en Angleterre, en 1940, que le magnétron, le dispositif qui génère les micro-ondes, a été inventé mais que c'est la Raytheon Company aux Etats Unis qui, au début des années 50, s'est aperçu des applications domestiques de l'appareil et a déposé un brevet pour un appareil de chauffage diélectrique à hautes fréquences, les modèles plus petits destinés à l'usage domestique ayant été perfectionnés en Amérique a la fin des années 60.

Fonctionnement :

Comme la lumière, les ondes radio et les rayons x, les micro-ondes sont de nature électromagnétique. La différence entre ces rayonnements est une simple question de fréquence: les micro-ondes, avec leurs 2450 MHz (mégahertz ou millions de hertz), se situent entre les ondes radio (de quelques centaines de kilohertz a 300 MHz) et les ondes radar, lesquelles voisinent les infrarouges commençant a 300 GHz (gigahertz ou milliards de hertz) juste avant la lumière visible. Leur comportement tient d'ailleurs un peu de celui de la lumière et de celui des ondes radar: pour les micro-ondes, le verre est transparent mais les surfaces métalliques sont comme des miroirs.

Dans un four classique, le rayonnement d'une source de chaleur, le corps de chauffe, chauffe à la fois l'enceinte et tout ce qui est dans le four: l'air, les plats, les aliments.

Dans une enceinte à micro-ondes, c'est différent: les micro-ondes sont réfléchies par les parois métalliques du four et  traversent sans échauffer les récipients de cuisson (verre, porcelaine terre cuite, plastique, papier, mais elles agissent sur les molécules de graisse,de sucre et d'eau en les chauffant (la plupart des aliments contiennent 65 à 95% d'eau).

Mais pourquoi donc chauffent-elles?

On sait qu'une onde est associée a un champ électromagnétique changeant de sens périodiquement.

Une fréquence de un hertz signifie que le champ s'inverse une fois par seconde. Les micro-ondes à 2450 MHz conduisent donc à une inversion du champ 2,45 milliards de fois chaque seconde.

Dans un champ électromagnétique puissant, la molécule d'eau s'oriente selon les lignes de force. Si ce champ varie 2,45 milliards de fois par seconde, on imagine la bousculade qu,il en résulte. Cette agitation moléculaire se concrétise par un réchauffement. L'air lui-même n'est pas chauffé (ce qui, d'après les puristes, devrait nous interdire d'employer le mot four). Les plats en verre ou en céramique, transparents pour les micro-ondes, restent insensibles. Par contre, le métal est à proscrire puisque lui aussi va réagir aux micro-ondes. La cuisson "interne" offre l'avantage de la rapidité. Grâce à elle, les aliments se déshydratent très peu (surtout s'ils sont couverts) et conservent mieux leur goût: ce mode de cuisson serait semblable, en fait, a la méthode de la " papillote ".

Le Magnétron :

Semblable aux lampes qui peuplaient les appareils électroniques d'avant le transistor électronique. Il est composé d'un cylindre creux en métal, il comporte une anode (a) dans laquelle ont été aménagées des cavités résonantes. Pour porter la fréquence du réseau (50Hz) à 2450 MHz, on utilise un tube oscillateur dont la partie essentielle est le circuit résonant dont la valeur des deux composants (bobine et condensateur) détermine la fréquence produite, plus la fréquence doit être élevée, plus la valeur des composants doit être faible. Pour les très hautes fréquences la valeur du bobinage doit être très réduite, pour l'obtenir on peut connecter en parallèle plusieurs bobines à spire unique ce qui abouti a un profilé en forme de U avec un effet de capacité assez faible et la fréquence désirée

Ce circuit résonnant à très haute fréquence est une cavité résonante et forme l'élément de base du magnétron, il est composé d'un cylindre creux en métal où sont placées les cavités résonantes et au centre une cathode dans laquelle est monté un filament de chauffage (fig. 1)

Comme dans un tube électronique, le vide est fait à l'intérieur du magnétron. Entre l'anode et la cathode est appliquée une haute tension de 2300V environ qui crée un champ électrique(E) (fig2). Ce champ électrique déplace les électrons de la cathode vers l'anode(e) et pour créer et entretenir des oscillations à très haute fréquence il faut que les électrons circulent d'une manière hélicoïdale devant les cavités résonantes. Cette trajectoire est obtenue grâce à un champ magnétique créé par un aimant dont les lignes de force sont perpendiculaires à celles du champ électrique E.

L'énergie produite par le magnétron doit être conduite vers l'enceinte du four et pour le faire on utilise un guide d'ondes: les micro-ondes sont prélevées par une boucle de couplage a l'intérieur d'une cavité et sont rayonnées par une antenne dans le guide d'ondes qui les conduit a l'intérieur du four.

ACTION D'UN CHAMP ÉLECTRIQUE SUR LES MOLÉCULES

Si nous relions deux plaques de métal à une source de tension (une batterie par exemple) il apparaît un champ électrique entre les deux plaques. Comme les molécules sont polarisées, lorsque le champ est dans un sens la molécule a tendance à s'orienter d'une certaine façon (fig. a). Pour changer le sens du champ électrique il suffit d'inverser les bornes de la batterie (fig. b) et la molécule prend une autre position. Si nous appliquons une tension alternative il se produit un champ électrique alterné qui influence les molécules (fig. c).