invention du four micro-onde !!

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Un four à micro-ondes est un appareil électroménager utilisé principalement pour le chauffage rapide d'aliments, par agitation des molécules d'eau qu'ils contiennent sous l'effet d'un rayonnement micro-onde.

Histoire[modifier]

C'est Percy Spencer (en) qui eut l'idée d'utiliser les micro-ondes pour cuire les aliments, alors qu'il travaillait pour Raytheon à la construction de magnétrons pour les radars. Alors qu'il était à proximité d'un radar en activité, il a ressenti de la chaleur dans sa poche de blouse. En plongeant la main dans cette poche, il constata qu'une barre de chocolat y avait fondu1.
Le premier aliment à avoir été délibérément chauffé par des micro-ondes est du pop-corn, le second fut un œuf (lequel a explosé au visage des expérimentateurs).
En 1947 et 1950, la société Raytheon breveta le procédé de cuisson par micro-ondes puis en 1953 construisit le premier four à micro-ondes qu'elle commercialisa, le Radarange pour 2 000 dollars. Il mesurait 1,80 mètre de haut pour un poids de 340 kilogrammes. Il était refroidi par un système à base d'eau et avait une puissance de 3 kW.
Après avoir racheté la société Amana Refrigeration en 1965, Raytheon s'intéressa aux moyens de transformer le micro-ondes en succès commercial pour le grand public. Pour ces besoins, il fallut investir massivement dans la miniaturisation de l'électronique et des circuits intégrés dans des "puces". Le four à micro-ondes ne fut un succès public qu'à ce prix, avec le RR-6 Radarange 6, Touchmatic en 1975. La fabrication en série de puces électroniques pour les appareils ménagers permit ainsi de baisser le coût des puces destinées aux produits militaires conçus par Raytheon.

Le magnétron est constitué d'une anode cylindrique, composée de cavités, celles-ci se trouvent dans l'axe d'une cathode chauffante. Plus il y a de cavités plus le rendement est élevé.
L'anode et la cathode sont séparées par un espace que l'on appelle l'espace d'interaction qui se trouve sous vide. Ces cavités dites « cavités résonnantes » peuvent avoir des formes différentes selon le magnétron considéré. On trouve aussi deux aimants qui sont fixés perpendiculairement par rapport à l'axe du tube.
Un champ électrique continu est appliqué entre l'anode et la cathode. Ce champ a une valeur de l'ordre de plusieurs kilovolts pour un espace d'interaction de quelques millimètres. Les électrons libérés par la cathode sont accélérés par le champ électrique continu. En l'absence des aimants, les électrons iraient directement sur l'anode, la combinaison des deux champs crée un nuage d'électrons tournant entre l'anode et la cathode. Ces charges entrent en interaction avec les cavités résonnantes du bloc anodique qui deviennent le support d’oscillations électromagnétiques. Les dimensions de ces cavités sont calculées pour que les ondes aient une fréquence de 2 450 MHz. Une partie de ces ondes sont acheminées vers le guide d'onde grâce à divers moyens de couplage.
Le guide d'onde transmet celles-ci dans la cavité du four et elles vont permettre de cuire l'aliment.
Alimentation électrique[modifier]
Un magnétron de 1 000 W (puissance fournie) demande environ 2 500 V à 0,6 A en alimentation électrique. Le schéma courant est un montage de type « anode à la masse », simplifiant l'isolation. L'alimentation est très simple, avec un transformateur d'alimentation unique pour le filament et la THT et un redressement mono-alternance avec une diode et un condensateur de filtrage. Les parties sous haute tension présentent un danger mortel et le dépannage d'un micro-onde sous tension avec le capot ouvert est extrêmement dangereux.
Commande de puissance[modifier]
Article détaillé : Modulation de largeur d'impulsion.
Le magnétron ne comporte pas d'électrode de commande et ne fonctionne qu'en « tout ou rien ». Pour faire varier la puissance de cuisson, le magnétron fonctionne par intermittence, l'alimentation est commandée en tout ou rien à un rythme relativement bas et avec un rapport cyclique de presque 0 % à 100 %, selon la puissance demandée par l'utilisateur. C'est ce que l'on appelle la modulation par largeur d'impulsion.
Par exemple, pour un four de 800 W, si le bouton de commande est placé sur 400 W, le magnétron est alimenté pendant 7,5 secondes puis coupé pendant les 7,5 secondes suivantes puis à nouveau alimenté ... alors que si le bouton est placé sur la puissance maximale, le magnétron est alimenté en permanence. Sur les appareils à minuterie mécanique, c'est un simple système de came avec un contact, lié à la minuterie qui permet de faire varier la puissance, et ce de façon linéaire. Sur les appareils plus récents, c'est une logique avec un microcontrôleur qui commande un relais de modulation. Cette logique peut comporter aussi des fonctions d'horloge et de démarrage décalé, des touches préréglées pour la décongélation, etc.
Cuisson de l'aliment[modifier]

Action des micro-ondes sur la molécule d'eau[modifier]


Représentation schématique d'une molécule d'eau avec en rouge l'atome d'oxygène et en blanc les atomes d'hydrogène
La molécule d'eau est formée d'un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène (formule chimique : H2O). Elle est dipolaire, c'est-à-dire que le barycentre des charges négatives et celui des charges positives ne sont pas confondus ; cela est dû au fait que l'atome d'oxygène est plus électronégatif que celui d'hydrogène, et à la géométrie coudée de la molécule.
Les molécules d'eau d'un aliment à l'état normal sont dans le désordre : elles ne respectent aucun ordre d'orientation particulier. Mais lorsqu'elles sont soumises à un champ électrique continu, les pôles positifs des molécules d'eau ont tendance à s'orienter en direction de ce dernier.
Quand elles sont soumises aux micro-ondes, les molécules d'eau de l'aliment s'orientent en direction du champ électrique qui compose ces ondes. Ce champ étant alternatif, les pôles s'orientent successivement dans un sens puis dans l'autre, ce qui résulte de plusieurs changements d'orientation (environ 2 450 000 000 fois par seconde) au même rythme que l'onde qui oscille à cette fréquence.
Si le four émettait en fréquence plus basse, il ferait tout autant osciller les molécules d'eau mais il n'y aurait pas d'absorption de l'énergie des ondes dans l'aliment et donc de dégagement de chaleur. En effet, ce n'est qu'au-delà de la fréquence de 1 GHz environ que l'oscillation de l'eau a du mal à suivre l'oscillation du champ électrique des micro-ondes. Il s'ensuit que pour des fréquences égales ou supérieures à celle-ci, un déphasage apparaît entre les orientations respectives de ce champ et de la molécule d'eau. La conséquence est ce que l'on appelle une perte diélectrique, génératrice de chaleur, et due à un phénomène que l'on appelle "relaxation" des molécules d'eau. Il ne s'agit donc pas d'un quelconque phénomène de résonance.
Le choix de la fréquence du micro-ondes ressort d'un juste compromis entre réchauffement de l'aliment et pénétration dans celui-ci. En effet, si l'on avait choisi une fréquence plus faible, l'onde traverserait l'aliment sans le réchauffer, puisque les molécules oscilleraient librement, permettant une conservation du champ électrique dans la matière, et donc sans causer de perte diélectrique. En revanche, si l'on avait choisi une fréquence plus élevée, l'onde serait totalement absorbée en surface de l'aliment, en raison de l'impossibilité de l'eau d'osciller en phase, et donc la localisation de la totalité des pertes diélectriques en surface.
Suite au dégagement de chaleur, l'élévation de température se transmet aux différentes couches de l'aliment par conduction et réchauffe ainsi une partie de l'aliment. La quantité d'eau n'étant pas répartie de la même façon dans l'aliment, certaines parties de l'aliment sont plus ou moins chaudes que d'autres.
De plus lorsqu'il y a dégagement de chaleur les molécules d'eau ont tendance à passer de l'état liquide à l'état gazeux, le volume de vapeur ainsi produit ne peut pas forcément être contenu dans l'aliment c'est pour cela que certains aliments explosent.
À la fréquence du four micro-ondes, la molécule d'eau est quasiment la seule à vibrer, à cause de sa petite taille. Mais elle est suffisante pour réchauffer l'aliment grâce à son abondance relative, quel que soit l'aliment.
Pénétration des ondes à l'intérieur de l'aliment[modifier]
La pénétration des ondes à l'intérieur d'un aliment diffère en fonction de ce dernier, plus particulièrement de sa concentration et sa composition.
Lorsqu'un aliment est soumis à un rayonnement de micro-ondes, il n'en absorbe qu'une partie. La partie absorbée est transformée en énergie calorifique et c'est grâce à elle que l'aliment chauffe. La partie non absorbée est appelée l'onde réfléchie.
Pour éviter que certaines parties de l'aliment ne soient brûlées ou que d'autres restent froides, il faut que les ondes atteignent tous les endroits de l'aliment. Pour ce faire, l'aliment est déposé sur un plateau tournant. Ainsi, lorsque les parois de la cavité du four font réfléchir les ondes, celles-ci atteignent différents endroits de l'aliment mis sur ce plateau tournant, ce qui assure une distribution relativement plus homogène des ondes dans l'aliment.

Citation :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Four_%C3%A0_micro-ondes#Histoire

bonus de fleur

Les choses dans un micro-ondes

Un dispositif capable de produire 700 watts de rayonnement invisible, et la Voie Wonton. Pas une bonne combinaison. Malheureusement pour le monde libre, la Voie Wonton a acquis un micro-ondes. Voici les résultats:

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Le four à micro-ondes domestique

Historique du four à micro-ondes
Le four à micro-ondes, ce mode de cuisson vedette des années 1980 n’a pas pour ancêtre le four à bois du boulanger ou le four à gaz popularisé par la ménagère des années 1950. Bien au contraire ! Il plonge ces racines dans l’un des plus grands secrets militaires de la Seconde Guerre mondiale. Il est un pur produit des recherches sur... les radars !

La technologie des micro-ondes a réellement démarré dans les années 1930, sous l’impulsion d’un groupe de chercheurs britanniques dirigés par les professeurs Boot et Randall. En 1939, ils mettent au point le " magnétron ", un appareil de grande taille capable de produire des ondes ultracourtes (sans trop comprendre pourquoi au début, le phénomène leur paraît même surprenant...). Toutefois, son intérêt dans la lutte antiaérienne favorise son développement.