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Tout d'abord, qu'est-ce que sont les micro-ondes :
Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur d'onde plus courte que celles de la bande VHF, utilisée par les radars pendant la Seconde Guerre mondiale.
Expérience de transmission par Micro-ondes (Laboratoire de la NASA)
Les micro-ondes ont des longueurs d'onde approximativement dans la gamme de 30 centimètres (1 GHz) à 1 millimètre (300 GHz) ; toutefois, les limites entre l'infrarouge lointain, les micro-ondes et les ondes radio UHF sont assez arbitraires et varient selon le champ d'étude. Les micro-ondes couvrent la fin des UHF (de 1 GHz à 3 GHz), les SHF (de 3 GHz à 30 GHz) et les EHF (de 30 GHz à 300 GHz).
L'existence des ondes électromagnétiques telles que les micro-ondes a été prédite par James Clerk Maxwell en 1884 à partir de ses fameuses équations. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fut le premier à démontrer l'existence des ondes électromagnétiques en construisant un appareil produisant des ondes radio.
Exemples d'utilisations
- Un maser est un dispositif semblable à un laser, sauf qu'il fonctionne aux fréquences des micro-ondes et à l'eau
- Des micro-ondes sont également employées dans les transmissions par satellite parce que cette fréquence traverse facilement l'atmosphère terrestre et avec moins d'interférences pour les longueurs d'onde les plus élevées (c'est le cas notamment des GPS).
- Les radars emploient également le rayonnement micro-onde pour détecter la distance, la vitesse et d'autres caractéristiques des objets distants.
- Les protocoles de transmission sans fil pour réseaux locaux tels que Wi-Fi, bluetooth, DECT emploient également des micro-ondes dans la bande de 2,4 et 1,9 gigahertz respectivement, bien que quelques variantes emploient une bande de 5 gigahertz pour la communication.
- Des réseaux plus étendus, comme Wimax, montent plus haut en fréquence.
- La télévision par câble et l'accès Internet par câble coaxial ainsi que la diffusion des émissions de télévision emploient certaines des fréquences micro-ondes inférieures.
- Des transmetteurs locaux de vidéo sans fil (surveillance de bébé, regarder la TV dans la chambre sans y disposer d'antenne filaire...) utilisent les micro-ondes.
- La téléphonie mobile repose sur les micro-ondes.
- Des micro-ondes peuvent être employées pour transmettre de l'énergie à longues distances et des recherches furent effectuées après la Première Guerre mondiale pour examiner cette possibilité.
- Dans les années 1970 et au début des années 1980, la NASA a travaillé pour rechercher des possibilités d'employer des systèmes de satellites à énergie solaire (SPS) avec de grands panneaux solaires qui redirigeraient sous forme de micro-ondes l'énergie captée vers la surface de la Terre.
- Un four à micro-ondes utilise un magnétron comme générateur de micro-ondes à une fréquence approximative de 2,4 gigahertz afin de chauffer les aliments. Les fours micro-ondes domestiques ont fait leur apparition depuis les années 1980 dans les foyers et sont répandus aujourd'hui par centaines de millions dans le monde.
- L'impulsion magnétique ultra-courte, qui sert au traitement du cancer et pourrait servir à fabriquer une arme de destruction de l'électronique adverse (2008).
C'est Percy Spencer 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 3 500 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 , 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.
Amana RR-5 Touchmatic Radarange, circa 1978
Fonctionnement général du four
L'énergie électrique, sous la forme d’une tension alternative (haute et basse tension) est transformée en tension continue par l'intermédiaire d'un transformateur élévateur, d'une diode et d'un condensateur. Le courant arrivant du transformateur élévateur sert à alimenter le magnétron.
Le magnétron
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.
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, la THT, 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.
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. 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.
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 tournant, les pôles tournent donc autour de l'axe de symétrie de la molécule.
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.
Conseils sur l'utilisation des fours à micro-ondes et la salubrité des aliments
- On déconseille de mettre des objets métalliques dans un four à micro-ondes en raison du champ électrique produit. Aux coins anguleux et pointus du métal qui est un conducteur électrique, des gradients du champ sont créés, ce qui donne lieu à des arcs électriques. Il existe toutefois des objets métalliques spéciaux avec des coins arrondis, qui ne provoquent pas de décharges électriques. Les emballages de faible hauteur en acier ou en aluminium, avec une large ouverture, permettent un réchauffage efficace et sans production d'arcs dans les fours actuels.
Un four à micro-ondes est destiné à la cuisson ou au réchauffage des aliments uniquement. Ne pas tenter d’introduire toute autre substance ou produit.
-Le rayonnement micro-onde n'est pas ionisant. Il est donc beaucoup moins dangereux que les rayons X ou gamma. Il y a cependant des normes concernant le niveau de fuite des fours et il ne faut pas utiliser un four à micro-ondes dont la porte serait endommagée.
-Le niveau de fuite maximal toléré par les normes est de 5 mW/cm² mesuré à 5 cm.
-Une étude suisse donne quelques éléments : four usagé 0,41 mW/cm² soit 10 fois moins qu'un mobile GSM, pour les fours neufs et la majorité des fours usagés le rayonnement est inférieur à celui d'une connexion Wifi. Cela n'est pas une garantie mais une moyenne. Un four peut être en dehors de ces valeurs.
-Si le four n'est pas endommagé, étant donné les distances et durées d'utilisation, l'exposition aux ondes électromagnétiques (comparaison du type de fréquences utilisées dans les deux applications et de leurs implications sur la santé à faire) est très inférieure à celle liée à l'utilisation d'un téléphone mobile.
L'utilisation des fours à micro-ondes pour décongeler, cuire et réchauffer des aliments est pratique, simplifie grandement notre quotidien et nous permet d'économiser du temps. Il est important de se rappeler que les maladies d'origine alimentaire peuvent survenir à la suite de mauvaises techniques de manipulation des aliments ou de pratiques non sécuritaires de cuisson aux micro-ondes.
Décongeler des aliments au four à micro-ondes
- Avant de les décongeler, retirer les aliments des emballages qui ne sont pas sécuritaires aux micro-ondes, comme les plateaux en mousse de polystyrène ou certains contenants en plastique. Comme ces derniers ne sont pas stables à la chaleur, ils peuvent fondre ou se déformer, ce qui peut causer l'infiltration de produits chimiques dangereux dans les aliments.
- N'utiliser que des contenants, des couvercles et des emballages étiquetés comme étant sécuritaires ou que l'on sait sécuritaires pour l'utilisation aux micro-ondes.
- Ne jamais laisser les aliments dans la zone de température dangereuse de 4 °C à 60 °C (de 40 °F à 140 °F) pendant plus de deux heures. Régler une minuterie pour vous avertir pendant la décongélation.
- Décongeler les aliments complètement avant de les cuire au four à micro-ondes. Les portions congelées ou décongelées d'un même aliment peuvent cuire de manière inégale.
- Cuire les aliments immédiatement après les avoir décongelés.
Cuire des aliments au four à micro-ondes
- Retirer les aliments des emballages non sécuritaires pour la cuisson aux micro-ondes avant de les cuire.
- Couper les aliments en petits morceaux pour obtenir une cuisson uniforme. Les petits morceaux cuisent plus uniformément.
- Distribuer les aliments également sur une porcelaine culinaire sécuritaire pour le four à micro-ondes afin d'obtenir une cuisson uniforme.
- Couvrir les aliments avec un couvercle sécuritaire pour le four à micro-ondes ou une pellicule en plastique sécuritaire qui ne touche pas aux aliments. Le fait de couvrir les aliments dans le four à micro-ondes aide à contenir la vapeur, laquelle aidera à cuire les aliments complètement et uniformément. Laisser un petit espace pour que la vapeur puisse s'échapper.
- S'assurer que les temps de cuisson sont correctement réglés selon la puissance du four à micro-ondes. Dans un four à micro-ondes de puissance moindre, les aliments prendront plus de temps pour atteindre leur température interne adéquate (voir le tableau des températures).
- Tourner et brasser les aliments plusieurs fois pendant la cuisson afin de s'assurer que la chaleur est distribuée également et pour atteindre la température de cuisson interne sécuritaire.
- Ne pas oublier d'utiliser un thermomètre numérique pour aliments.
- Suivre les instructions de la recette ou celles indiquées sur l'emballage des aliments, et observer les temps de repos après la cuisson d'aliments au four à micro-ondes. Les temps de repos permettent de terminer la cuisson et assurent une meilleure distribution de la chaleur dans les aliments.
Viande, volaille et fruits de mer
- Désosser les grosses pièces de viande et de volaille, car les os peuvent empêcher une cuisson uniforme.
- Placer les portions de viande et de volaille plus épaisses vers l'extérieur du plat.
- Cuire les plus grandes pièces de viande à 50 % de la puissance pour une plus longue période. Cela permet à la chaleur de pénétrer plus en profondeur dans le plat sans trop cuire les portions sur le contour du plat.
-Tourner les morceaux au moins une fois pendant la cuisson.
- Ne jamais cuire une volaille entière et farcie dans un four à micro-ondes. La taille et la densité de l'oiseau ne permettent pas une cuisson uniforme.
- Ne jamais cuire partiellement de la viande, de la volaille ou des fruits de mer dans un four à micro-ondes. Si on utilise la cuisson aux micro-ondes pour accélérer le processus de cuisson complète il faut immédiatement terminer la cuisson des aliments en utilisant une autre méthode de cuisson, comme un gril, une cuisinière ou un four.
Les utilisateurs de fours à micro-ondes s’inquiètent souvent des dangers potentiels pour la santé liés à aux risques de fuites de micro-ondes.
L’évolution en matière d’étanchéité des portes et un entretien régulier permettent de réduire, voir d’éliminer les fuites de rayonnement des fours à micro-ondes.
Vous pouvez faire en sorte que les fuites de radiations électromagnétiques de votre four à micro-ondes demeurent faibles.
Conseils :
- Examiner votre four à micro-ondes. Si la porte, les charnières, les loquets ou l’écran présentent des signes d’endommagement, il est possible que les fuites de radiations électromagnétiques soient trop élevées. Contacter un professionnel ou remplacer votre four à micro-ondes.
-Ne pas utiliser le four si la porte ne ferme pas ou si elle tordue ou endommagée.
- Garder la porte et les joints d’étanchéité propres.
-Respecter les indications du fabricant sur l’utilisation du four à micro-ondes.
-Contacter un technicien qualifié ou le service après vente pour toutes réparations.
- Ne jamais insérer d’objet par une ouverture du four ni près du joint d’étanchéité.
- Ne cherchez pas à contrôler vous-même les fuites éventuelles de votre four à l’aide des détecteurs de fuites portatifs disponibles dans le commerce. Ces appareils sont coûteux et, en général, peu fiables; ne faites pas fonctionner votre four à micro-ondes si aucun aliment ne se trouve dans l’espace de cuisson (jamais à vide).
- Maintenez votre four en parfait état de propreté, en particulier au voisinage des joints de la porte et de leurs surfaces.
- N’utilisez pas de produits abrasifs (type décape four) pour ce nettoyage, mais reportez vous aux instructions figurant dans la notice de votre appareil.
- Évitez d’endommager mécaniquement la porte, ses charnières, ses joints et leur surface, ainsi que son cadre. Veillez, par exemple, à ne rien coincer entre la porte et son cadre. Si ces éléments se trouvaient déformés, faites appel à un technicien spécialisé avant de réutiliser votre appareil.
- Évitez de positionner le four à hauteur des yeux, et en particulier au niveau des yeux des enfants.
-Ne laissez pas les jeunes enfants jouer avec le four, surtout si vous disposez d’un appareil muni d’une minuterie automatique.
- Les porteurs de stimulateurs cardiaques peuvent se renseigner auprès d’un médecin compétent pour discuter de la sensibilité particulière de leur stimulateur aux perturbations électromagnétiques.
- N’utilisez pas votre four comme séchoir, qu’il s’agisse de papiers ou d’animaux.
Une alimentation mauvaise ?
Au niveau des aliments, quand un plat cuit aux micro-ondes il perd des vitamines.
Conseils :
- Si vous avez le choix, faites une cuisson au four, à la casserole, à la poelle plutôt qu’au four à micro ondes.
- N’utilisez pas votre micro-ondes pour cuire des aliments plus de 3 minutes.
- Pour votre bébé, faites réchauffer le lait à l’aide d’une casserole et non d’un micro-ondes.
Les bruits des fours à micro-ondes :
Les organes d'un four à micro-onde sont principalement optimisés pour abaisser son coût, améliorer l'ergonomie et l'esthétique, secondairement pour diminuer son bruit. En dehors des bruits de cuisson, il y a trois sources de bruits :
- le transformateur vibrant à la fréquence du secteur, en raison de l'extrême économie réalisée sur sa technologie (enroulements non enrobés, pertes fer importantes).
- le ventilateur, qui doit être assez puissant pour évacuer environ 40% de l'énergie consommée.
- le plateau tournant, son moteur et ses roulements.
Ces bruits sont souvent amplifiés par la carrosserie faite de tôles simple sans traitement anti-vibrations.
Principe de précaution :
Le four à micro-ondes émet un champ électromagnétique important. Il fonctionne grâce à un rayonnement de forte puissance qui agite les molécules d’eau afin de provoquer le réchauffement ou la cuisson des aliments. Le problème du four à micro-ondes est qu’il n’est généralement pas totalement étanche et qu’une partie des ondes censées être confinées dans l’enceinte du four peut fuir à l’extérieur.
Pour minimiser votre exposition, il est donc important de vous tenir à distance de celui-ci durant son fonctionnement.
Enfin :
- Respectez les temps de cuisson indiqués sur les emballages des aliments, ou consultez des livres de recettes spécialisés.
- Deux puissances caractérisent votre four : la puissance restituée, qui correspond à la puissance réellement disponible pour cuire les aliments dans la cavité du four, et dont la valeur est normalement mentionnée dans la notice ; la puissance absorbée, puissance consommée par l’appareil pour pouvoir fonctionner, et qui fi gure sur la plaque signalétique solidaire de votre four. Comme la puissance restituée est environ la moitié de la puissance absorbée, il est très important de ne pas les confondre.
- Adaptez les temps prescrits par les fabricants ou les livres de cuisine à la puissance restituée de votre four : divisez par deux les temps prescrits si la puissance de votre four est double de celle qui correspond au temps prescrit.
- Adaptez les temps de cuisson aux quantités à cuire : doublez le temps de cuisson prescrit lorsque la quantité d’aliment à cuire double.
- Des temps trop prolongés d’exposition aux micro-ondes peuvent déclencher des incendies dans la cavité : en effet, de plus en plus d’énergie est emmagasinée par l’aliment soumis aux micro-ondes, contrairement à ce qui se produit dans un four traditionnel réglé sur une certaine valeur du thermostat, où l’énergie thermique reste constante. Attention en particulier aux réglages de temps des minuteries automatiques.
Percez les aliments possédant une «peau» (pommes de terre, saucisses, tomates, etc..) à l’aide d’une fourchette avant de les cuire. Une telle précaution évite l’éclatement de ce type de denrées alimentaires.
- Ne faites jamais cuire d’oeufs avec leur coquille ni d’oeuf au plat au four à micro-ondes, ni les escargots avec leurs coquilles. Ils exploseraient dans le four, ou pire, au moment où vous vous apprêtez à les consommer, provoquant ainsi des risques de brûlures très graves par projection de matière brûlante.
- Ne faites pas chauffer de contenants hermétiques, telles que les bouteilles fermées, au four à micro-ondes : ils risqueraient d’éclater. En particulier, la nourriture pour bébés contenue dans des petits pots ou dans des biberons doit impérativement être réchauffée sans couvercle ou fermeture.
- Vérifiez la température des aliments eux-mêmes avant ingestion, sans vous laisser tromper par la température de leur contenant qui peut rester tiède tandis que son contenu est brûlant. Cette précaution est particulièrement impérative dans le cas du chauffage de biberons ou de petits pots pour bébés : agitez le contenu afi n d’assurer une répartition homogène de la chaleur, puis testez sa température, par exemple en versant quelques gouttes sur le dos de votre main.
- Veillez à ne pas vous brûler avec la vapeur qui émane des récipients qui ont été recouverts durant la cuisson au four à micro-ondes, même lorsque le contenant paraît tiède au toucher.
- Attendez environ 20 secondes après l’arrêt du four avant d’ouvrir l’appareil pour en retirer des liquides chauffés.
Un phénomène de retard à l’ébullition peut se produire : dans ce cas, la température d’ébullition est atteinte après l’arrêt du four, et ce, sans que les bulles de vapeur typiques n’apparaissent. La moindre vibration suffit alors à provoquer un débordement du récipient avec risque de projection violente de liquide brûlant.
Sources :
http://www.danger-sante.org
http://fr.wikipedia.org
http://www.hc-sc.gc.ca
http://www.rtl.be
Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur d'onde plus courte que celles de la bande VHF, utilisée par les radars pendant la Seconde Guerre mondiale.
Expérience de transmission par Micro-ondes (Laboratoire de la NASA)
Les micro-ondes ont des longueurs d'onde approximativement dans la gamme de 30 centimètres (1 GHz) à 1 millimètre (300 GHz) ; toutefois, les limites entre l'infrarouge lointain, les micro-ondes et les ondes radio UHF sont assez arbitraires et varient selon le champ d'étude. Les micro-ondes couvrent la fin des UHF (de 1 GHz à 3 GHz), les SHF (de 3 GHz à 30 GHz) et les EHF (de 30 GHz à 300 GHz).
L'existence des ondes électromagnétiques telles que les micro-ondes a été prédite par James Clerk Maxwell en 1884 à partir de ses fameuses équations. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fut le premier à démontrer l'existence des ondes électromagnétiques en construisant un appareil produisant des ondes radio.
Exemples d'utilisations
- Un maser est un dispositif semblable à un laser, sauf qu'il fonctionne aux fréquences des micro-ondes et à l'eau
- Des micro-ondes sont également employées dans les transmissions par satellite parce que cette fréquence traverse facilement l'atmosphère terrestre et avec moins d'interférences pour les longueurs d'onde les plus élevées (c'est le cas notamment des GPS).
- Les radars emploient également le rayonnement micro-onde pour détecter la distance, la vitesse et d'autres caractéristiques des objets distants.
- Les protocoles de transmission sans fil pour réseaux locaux tels que Wi-Fi, bluetooth, DECT emploient également des micro-ondes dans la bande de 2,4 et 1,9 gigahertz respectivement, bien que quelques variantes emploient une bande de 5 gigahertz pour la communication.
- Des réseaux plus étendus, comme Wimax, montent plus haut en fréquence.
- La télévision par câble et l'accès Internet par câble coaxial ainsi que la diffusion des émissions de télévision emploient certaines des fréquences micro-ondes inférieures.
- Des transmetteurs locaux de vidéo sans fil (surveillance de bébé, regarder la TV dans la chambre sans y disposer d'antenne filaire...) utilisent les micro-ondes.
- La téléphonie mobile repose sur les micro-ondes.
- Des micro-ondes peuvent être employées pour transmettre de l'énergie à longues distances et des recherches furent effectuées après la Première Guerre mondiale pour examiner cette possibilité.
- Dans les années 1970 et au début des années 1980, la NASA a travaillé pour rechercher des possibilités d'employer des systèmes de satellites à énergie solaire (SPS) avec de grands panneaux solaires qui redirigeraient sous forme de micro-ondes l'énergie captée vers la surface de la Terre.
- Un four à micro-ondes utilise un magnétron comme générateur de micro-ondes à une fréquence approximative de 2,4 gigahertz afin de chauffer les aliments. Les fours micro-ondes domestiques ont fait leur apparition depuis les années 1980 dans les foyers et sont répandus aujourd'hui par centaines de millions dans le monde.
- L'impulsion magnétique ultra-courte, qui sert au traitement du cancer et pourrait servir à fabriquer une arme de destruction de l'électronique adverse (2008).
C'est Percy Spencer 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 3 500 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 , 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.
Amana RR-5 Touchmatic Radarange, circa 1978
Fonctionnement général du four
L'énergie électrique, sous la forme d’une tension alternative (haute et basse tension) est transformée en tension continue par l'intermédiaire d'un transformateur élévateur, d'une diode et d'un condensateur. Le courant arrivant du transformateur élévateur sert à alimenter le magnétron.
Le magnétron
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.
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, la THT, 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.
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. 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.
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 tournant, les pôles tournent donc autour de l'axe de symétrie de la molécule.
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.
Conseils sur l'utilisation des fours à micro-ondes et la salubrité des aliments
- On déconseille de mettre des objets métalliques dans un four à micro-ondes en raison du champ électrique produit. Aux coins anguleux et pointus du métal qui est un conducteur électrique, des gradients du champ sont créés, ce qui donne lieu à des arcs électriques. Il existe toutefois des objets métalliques spéciaux avec des coins arrondis, qui ne provoquent pas de décharges électriques. Les emballages de faible hauteur en acier ou en aluminium, avec une large ouverture, permettent un réchauffage efficace et sans production d'arcs dans les fours actuels.
Un four à micro-ondes est destiné à la cuisson ou au réchauffage des aliments uniquement. Ne pas tenter d’introduire toute autre substance ou produit.
-Le rayonnement micro-onde n'est pas ionisant. Il est donc beaucoup moins dangereux que les rayons X ou gamma. Il y a cependant des normes concernant le niveau de fuite des fours et il ne faut pas utiliser un four à micro-ondes dont la porte serait endommagée.
-Le niveau de fuite maximal toléré par les normes est de 5 mW/cm² mesuré à 5 cm.
-Une étude suisse donne quelques éléments : four usagé 0,41 mW/cm² soit 10 fois moins qu'un mobile GSM, pour les fours neufs et la majorité des fours usagés le rayonnement est inférieur à celui d'une connexion Wifi. Cela n'est pas une garantie mais une moyenne. Un four peut être en dehors de ces valeurs.
-Si le four n'est pas endommagé, étant donné les distances et durées d'utilisation, l'exposition aux ondes électromagnétiques (comparaison du type de fréquences utilisées dans les deux applications et de leurs implications sur la santé à faire) est très inférieure à celle liée à l'utilisation d'un téléphone mobile.
L'utilisation des fours à micro-ondes pour décongeler, cuire et réchauffer des aliments est pratique, simplifie grandement notre quotidien et nous permet d'économiser du temps. Il est important de se rappeler que les maladies d'origine alimentaire peuvent survenir à la suite de mauvaises techniques de manipulation des aliments ou de pratiques non sécuritaires de cuisson aux micro-ondes.
Décongeler des aliments au four à micro-ondes
- Avant de les décongeler, retirer les aliments des emballages qui ne sont pas sécuritaires aux micro-ondes, comme les plateaux en mousse de polystyrène ou certains contenants en plastique. Comme ces derniers ne sont pas stables à la chaleur, ils peuvent fondre ou se déformer, ce qui peut causer l'infiltration de produits chimiques dangereux dans les aliments.
- N'utiliser que des contenants, des couvercles et des emballages étiquetés comme étant sécuritaires ou que l'on sait sécuritaires pour l'utilisation aux micro-ondes.
- Ne jamais laisser les aliments dans la zone de température dangereuse de 4 °C à 60 °C (de 40 °F à 140 °F) pendant plus de deux heures. Régler une minuterie pour vous avertir pendant la décongélation.
- Décongeler les aliments complètement avant de les cuire au four à micro-ondes. Les portions congelées ou décongelées d'un même aliment peuvent cuire de manière inégale.
- Cuire les aliments immédiatement après les avoir décongelés.
Cuire des aliments au four à micro-ondes
- Retirer les aliments des emballages non sécuritaires pour la cuisson aux micro-ondes avant de les cuire.
- Couper les aliments en petits morceaux pour obtenir une cuisson uniforme. Les petits morceaux cuisent plus uniformément.
- Distribuer les aliments également sur une porcelaine culinaire sécuritaire pour le four à micro-ondes afin d'obtenir une cuisson uniforme.
- Couvrir les aliments avec un couvercle sécuritaire pour le four à micro-ondes ou une pellicule en plastique sécuritaire qui ne touche pas aux aliments. Le fait de couvrir les aliments dans le four à micro-ondes aide à contenir la vapeur, laquelle aidera à cuire les aliments complètement et uniformément. Laisser un petit espace pour que la vapeur puisse s'échapper.
- S'assurer que les temps de cuisson sont correctement réglés selon la puissance du four à micro-ondes. Dans un four à micro-ondes de puissance moindre, les aliments prendront plus de temps pour atteindre leur température interne adéquate (voir le tableau des températures).
- Tourner et brasser les aliments plusieurs fois pendant la cuisson afin de s'assurer que la chaleur est distribuée également et pour atteindre la température de cuisson interne sécuritaire.
- Ne pas oublier d'utiliser un thermomètre numérique pour aliments.
- Suivre les instructions de la recette ou celles indiquées sur l'emballage des aliments, et observer les temps de repos après la cuisson d'aliments au four à micro-ondes. Les temps de repos permettent de terminer la cuisson et assurent une meilleure distribution de la chaleur dans les aliments.
Viande, volaille et fruits de mer
- Désosser les grosses pièces de viande et de volaille, car les os peuvent empêcher une cuisson uniforme.
- Placer les portions de viande et de volaille plus épaisses vers l'extérieur du plat.
- Cuire les plus grandes pièces de viande à 50 % de la puissance pour une plus longue période. Cela permet à la chaleur de pénétrer plus en profondeur dans le plat sans trop cuire les portions sur le contour du plat.
-Tourner les morceaux au moins une fois pendant la cuisson.
- Ne jamais cuire une volaille entière et farcie dans un four à micro-ondes. La taille et la densité de l'oiseau ne permettent pas une cuisson uniforme.
- Ne jamais cuire partiellement de la viande, de la volaille ou des fruits de mer dans un four à micro-ondes. Si on utilise la cuisson aux micro-ondes pour accélérer le processus de cuisson complète il faut immédiatement terminer la cuisson des aliments en utilisant une autre méthode de cuisson, comme un gril, une cuisinière ou un four.
Les utilisateurs de fours à micro-ondes s’inquiètent souvent des dangers potentiels pour la santé liés à aux risques de fuites de micro-ondes.
L’évolution en matière d’étanchéité des portes et un entretien régulier permettent de réduire, voir d’éliminer les fuites de rayonnement des fours à micro-ondes.
Vous pouvez faire en sorte que les fuites de radiations électromagnétiques de votre four à micro-ondes demeurent faibles.
Conseils :
- Examiner votre four à micro-ondes. Si la porte, les charnières, les loquets ou l’écran présentent des signes d’endommagement, il est possible que les fuites de radiations électromagnétiques soient trop élevées. Contacter un professionnel ou remplacer votre four à micro-ondes.
-Ne pas utiliser le four si la porte ne ferme pas ou si elle tordue ou endommagée.
- Garder la porte et les joints d’étanchéité propres.
-Respecter les indications du fabricant sur l’utilisation du four à micro-ondes.
-Contacter un technicien qualifié ou le service après vente pour toutes réparations.
- Ne jamais insérer d’objet par une ouverture du four ni près du joint d’étanchéité.
- Ne cherchez pas à contrôler vous-même les fuites éventuelles de votre four à l’aide des détecteurs de fuites portatifs disponibles dans le commerce. Ces appareils sont coûteux et, en général, peu fiables; ne faites pas fonctionner votre four à micro-ondes si aucun aliment ne se trouve dans l’espace de cuisson (jamais à vide).
- Maintenez votre four en parfait état de propreté, en particulier au voisinage des joints de la porte et de leurs surfaces.
- N’utilisez pas de produits abrasifs (type décape four) pour ce nettoyage, mais reportez vous aux instructions figurant dans la notice de votre appareil.
- Évitez d’endommager mécaniquement la porte, ses charnières, ses joints et leur surface, ainsi que son cadre. Veillez, par exemple, à ne rien coincer entre la porte et son cadre. Si ces éléments se trouvaient déformés, faites appel à un technicien spécialisé avant de réutiliser votre appareil.
- Évitez de positionner le four à hauteur des yeux, et en particulier au niveau des yeux des enfants.
-Ne laissez pas les jeunes enfants jouer avec le four, surtout si vous disposez d’un appareil muni d’une minuterie automatique.
- Les porteurs de stimulateurs cardiaques peuvent se renseigner auprès d’un médecin compétent pour discuter de la sensibilité particulière de leur stimulateur aux perturbations électromagnétiques.
- N’utilisez pas votre four comme séchoir, qu’il s’agisse de papiers ou d’animaux.
Une alimentation mauvaise ?
Au niveau des aliments, quand un plat cuit aux micro-ondes il perd des vitamines.
Conseils :
- Si vous avez le choix, faites une cuisson au four, à la casserole, à la poelle plutôt qu’au four à micro ondes.
- N’utilisez pas votre micro-ondes pour cuire des aliments plus de 3 minutes.
- Pour votre bébé, faites réchauffer le lait à l’aide d’une casserole et non d’un micro-ondes.
Les bruits des fours à micro-ondes :
Les organes d'un four à micro-onde sont principalement optimisés pour abaisser son coût, améliorer l'ergonomie et l'esthétique, secondairement pour diminuer son bruit. En dehors des bruits de cuisson, il y a trois sources de bruits :
- le transformateur vibrant à la fréquence du secteur, en raison de l'extrême économie réalisée sur sa technologie (enroulements non enrobés, pertes fer importantes).
- le ventilateur, qui doit être assez puissant pour évacuer environ 40% de l'énergie consommée.
- le plateau tournant, son moteur et ses roulements.
Ces bruits sont souvent amplifiés par la carrosserie faite de tôles simple sans traitement anti-vibrations.
Principe de précaution :
Le four à micro-ondes émet un champ électromagnétique important. Il fonctionne grâce à un rayonnement de forte puissance qui agite les molécules d’eau afin de provoquer le réchauffement ou la cuisson des aliments. Le problème du four à micro-ondes est qu’il n’est généralement pas totalement étanche et qu’une partie des ondes censées être confinées dans l’enceinte du four peut fuir à l’extérieur.
Pour minimiser votre exposition, il est donc important de vous tenir à distance de celui-ci durant son fonctionnement.
Enfin :
- Respectez les temps de cuisson indiqués sur les emballages des aliments, ou consultez des livres de recettes spécialisés.
- Deux puissances caractérisent votre four : la puissance restituée, qui correspond à la puissance réellement disponible pour cuire les aliments dans la cavité du four, et dont la valeur est normalement mentionnée dans la notice ; la puissance absorbée, puissance consommée par l’appareil pour pouvoir fonctionner, et qui fi gure sur la plaque signalétique solidaire de votre four. Comme la puissance restituée est environ la moitié de la puissance absorbée, il est très important de ne pas les confondre.
- Adaptez les temps prescrits par les fabricants ou les livres de cuisine à la puissance restituée de votre four : divisez par deux les temps prescrits si la puissance de votre four est double de celle qui correspond au temps prescrit.
- Adaptez les temps de cuisson aux quantités à cuire : doublez le temps de cuisson prescrit lorsque la quantité d’aliment à cuire double.
- Des temps trop prolongés d’exposition aux micro-ondes peuvent déclencher des incendies dans la cavité : en effet, de plus en plus d’énergie est emmagasinée par l’aliment soumis aux micro-ondes, contrairement à ce qui se produit dans un four traditionnel réglé sur une certaine valeur du thermostat, où l’énergie thermique reste constante. Attention en particulier aux réglages de temps des minuteries automatiques.
Percez les aliments possédant une «peau» (pommes de terre, saucisses, tomates, etc..) à l’aide d’une fourchette avant de les cuire. Une telle précaution évite l’éclatement de ce type de denrées alimentaires.
- Ne faites jamais cuire d’oeufs avec leur coquille ni d’oeuf au plat au four à micro-ondes, ni les escargots avec leurs coquilles. Ils exploseraient dans le four, ou pire, au moment où vous vous apprêtez à les consommer, provoquant ainsi des risques de brûlures très graves par projection de matière brûlante.
- Ne faites pas chauffer de contenants hermétiques, telles que les bouteilles fermées, au four à micro-ondes : ils risqueraient d’éclater. En particulier, la nourriture pour bébés contenue dans des petits pots ou dans des biberons doit impérativement être réchauffée sans couvercle ou fermeture.
- Vérifiez la température des aliments eux-mêmes avant ingestion, sans vous laisser tromper par la température de leur contenant qui peut rester tiède tandis que son contenu est brûlant. Cette précaution est particulièrement impérative dans le cas du chauffage de biberons ou de petits pots pour bébés : agitez le contenu afi n d’assurer une répartition homogène de la chaleur, puis testez sa température, par exemple en versant quelques gouttes sur le dos de votre main.
- Veillez à ne pas vous brûler avec la vapeur qui émane des récipients qui ont été recouverts durant la cuisson au four à micro-ondes, même lorsque le contenant paraît tiède au toucher.
- Attendez environ 20 secondes après l’arrêt du four avant d’ouvrir l’appareil pour en retirer des liquides chauffés.
Un phénomène de retard à l’ébullition peut se produire : dans ce cas, la température d’ébullition est atteinte après l’arrêt du four, et ce, sans que les bulles de vapeur typiques n’apparaissent. La moindre vibration suffit alors à provoquer un débordement du récipient avec risque de projection violente de liquide brûlant.
Sources :
http://www.danger-sante.org
http://fr.wikipedia.org
http://www.hc-sc.gc.ca
http://www.rtl.be
