Les fours à micro-ondes
Le four à micro-ondes, avancée technique ou danger ?
Principe et composants
Avant d'aborder les composants du four, il est nécessaire de comprendre la nature de ce qui en est à la base à savoir les micro-ondes.
Qu'est-ce qu'une micro onde ?
Ces ondes sont dites électromagnétiques, c'est à dire qu'elles se composent d'un champ électrique et magnétique qui se propage sans support matériel (figure 1). Comme les ondes radioélectriques, elles se propagent à la vitesse de la lumière dans le vide qui est de 3,00x10^8 m/s.
Figure 1 Figure 2
Les différentes ondes électromagnétiques sont définies par leur longueur d’onde, notée λ, leur amplitude, et leur fréquence (figure 2). Par définition, une longueur d’onde correspond à la distance séparant deux crêtes successives d'une onde périodique. La fréquence est définie comme étant le nombre de motifs périodiques répétés par seconde.
Les ondes du four à micro-ondes ont une fréquence de 2,5 GHz. Ces radiations ne sont qu'une seule partie du spectre électromagnétique correspondant à la bande des hautes fréquences et donc des petites longueurs d'onde. La figure 3 présente un schéma des différentes longueurs d'ondes et leurs applications correspondantes.
Figure 3
Quelle est la longueur d'onde des micro-ondes émises par le four ?
N'ayant malheureusement pas le matériel nécessaire à la réalisation de cette expérience, à savoir une caméra thermique, nous avons dû prendre certaines informations sur des sites internet, mentionnés dans notre bibliographie.
Une longueur d’onde se calcule à l'aide de la formule suivante:
λ=C/F où C représente la vitesse de la lumière, soit 3,00x10^8 m/s et F la fréquence en Hertz
Nous pouvons alors en déduire que la longueur d’onde des ondes émises par un four à micro-ondes est d’environ 12 cm.
Quels sont les composants du four à micro-ondes ?
La figure 4 présente un schéma basique mais clair d'un four à micro ondes et de ses principaux composants. Nous nous attarderons sur chacun de ces composants.
Figure 4
Le transformateur
Le transformateur fournit l'énergie nécessaire au four à micro-ondes. Il est alimenté par un courant de 230 Volt. Tout d'abord il délivre une tension de 3,2 Volts vers le magnétron, nécessaire à l'alimentation de la cathode dont l'intensité dépasse les 10 ampères. Le transformateur possède aussi un deuxième enroulement, à haute tension, qui délivre près de 2100 Volts, pour créer le champ électrique.
Le magnétron
Le magnétron est l'émetteur de micro ondes. L’énergie électrique, proposée en courant
alternatif, est dans un premier temps transformée en courant continu pour alimenter le
cœur de la machine : le magnétron. Son fonctionnement est, somme toute, assez basique :
Le magnétron est composé d'une cathode reliée à un générateur et d'une anode.
La cathode, chauffée par des filaments via l'alimentation du transformateur, émet des
électrons de charge négative qui sont donc attirés par l'anode, cette dernière qui émet
des charges positives les attirants alors (principe d'un aimant).
Un puissant aimant situé en dehors de l'enceinte génère une force magnétique empêchant
les électrons de se fixer aux parois de l'anode. Les électrons sont donc forcés
de passer par les cavités creusées dans l'anode et créer une oscillation.
Cette oscillation des électrons dans le tube crée alors des ondes
électromagnétiques, les micro-ondes.
L'antenne diffuse ces ondes directement dans la cage ou alors dans un guide d'ondes. Figure 5
Figure 6
Le guide d'ondes
En sortie du magnétron, les ondes se propagent comme de l’eau sort d’une douche. Pour acheminer les ondes dans l’enceinte, on utilise un guide d’ondes. C'est pourquoi au sommet de la cavité est placée une antenne qui recueille le champ magnétique et l’envoie vers le guide d’ondes. (voir figure 4)
Le brasseur d'ondes
Le "jet de douche" est éclaté par une hélice située dans le flux et en rotation permanente. Le brasseur d’ondes va les projeter à l’intérieur du four. C’est alors qu’elles pénètrent dans les aliments, ou qu’elles rebondissent sur les parois et qu’elles sont renvoyées vers la nourriture.
Le plateau
Il est le plus souvent rotatif afin de déplacer l’aliment dans le flux d’ondes moins bien réparti et obtenir une cuisson homogène. L’utilisation du plateau tournant est preque toujours combinée avec le brasseur d'ondes.
La cavité
Elle est constituée tout simplement d'une cage, une enveloppe métallique que l'on assimilé à une cage de Faraday : c'est une enceinte ou cage métallique qui permet d'isoler une portion d'espace contre l'influence des champs électriques extérieurs bien que ce soit l'effet inverse que produise la cavité, elle empêche les micro-ondes de sortir du four. La cavité également a pour particularité de renvoyer les ondes quelles qu'elles soient. La porte est elle même dotée d'un grillage, qui renvoie également les ondes afin de limiter fortement leur fuite tout en permettant à l’utilisateur d’observer ce qu’il a placé dans le four. Son efficacité sera démontrée dans la seconde partie.
Le brasseur d'ondes et le plateau tournant n'étant pas toujours suffisants à la bonne répartition des ondes, nous avons voulu tester la réflexion des ondes dans un four. L'expérience ci-dessous combine deux expériences, nous vous invitons à la regarder à partir de 37 secondes pour cette partie.
Cette expérience nous a montré que les parois ainsi que la partie intérieure de la porte étaient réfléchissantes (figure 7). Ainsi le plateau tournant allié à la réflexion des parois et à l'action du brasseur d'ondes optimisent la cuisson des aliments, comme le prouvent les schémas ci-dessous.
Figure 7
Le tableau de commande
Il permet de sélectionner la durée, et les modes de cuisson. Il se compose d'un mini moteur, d'un système permettant de gérer les variations de puissance et d'un système d'engrenage.
Le ventilateur
Il permet de refroidir le magnétron, de renouveler l'air et en plus il permet d’entraîner le brasseur d'onde dans certains micro-ondes.
