Au format - I Les micro-ondes

Travail Personnel Encadré
Groupe :
Marc Maurice
Aurélie Oliver
Nicolas Udino
Yohann Lemasson
Thème : Sciences et Aliments
Problématique :
Comment fonctionne un four à micro-ondes et existe-t-il des risques liés à
son utilisation ?
Sujet : L Le e f fo ou ur r m mi ic cr ro o- -o on nd de es s

Plan :
Introduction
I Les micro-ondes ................................................................................................................. 4
1) Définition .......................................................................................................................... 4
2) Caractéristiques des ondes .............................................................................................. 4
a. Le spectre électromagnétique ................................................................................................... 8
b. Producteurs de micro-ondes .................................................................................................... 9
3) Le four à micro-ondes ..................................................................................................... 9
II Méthode de production et action des micro-ondes ................................................. 11
1) Le magnétron .................................................................................................................. 11
a. Structure ............................................................................................................................. 11
b. La formation du nuage électronique ..................................................................................... 12
c. Les cavités résonnantes, sources de perturbations électromagnétiques ...................................... 13
2) Mode de cuisson des aliments ..................................................................................... 14
a. Action des micro-ondes sur les matériaux diélectriques ......................................................... 14
b. La molécule d'eau, diélectrique hors pair .............................................................................. 14
III Méthodes de cuisson des aliments ............................................................................ 16
1) La pénétration des ondes à l'intérieur de l'aliment ................................................... 16
2) La cuisson par cycles alternés ...................................................................................... 16
3) Autres méthodes de cuisson ........................................................................................ 18
IV Risques des micro-ondes et conseils pratiques ....................................................... 18
1) Dangers pour la santé corporelle................................................................................. 18
2) Solutions techniques ...................................................................................................... 20
3) Petits conseils .................................................................................................................. 20
Conclusion
Bibliographie

TPE : Le four micro-ondes
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Depuis la découverte du feu par l'homo-erectus il y a – 400 000 ans, l'homme n'a pas cessé
d'améliorer le mode de cuisson de ses aliments. En effet, la cuisson permet une stérilisation des
aliments, améliorant notre hygiène alimentaire. La dernière découverte en matière de cuisson
alimentaire est le four à micro-ondes, qui utilise de l'énergie électromagnétique pour produire
de la chaleur à l'intérieur des aliments.
Brevet du micro-onde de Percy Spencer
Comme presque toute invention, la cuisson aux micro-ondes fut découverte par hasard par le
docteur Percy Spencer, qui, dans le cadre de recherches sur les radars, remarqua que la barre
chocolatée qu'il avait dans sa poche avait fondu. Intrigué, il plaça des grains de maïs à proximité
du tube et observa qu'ils éclataient en pop corn. Le lendemain, Spencer et un collaborateur
tentèrent l'expérience avec un oeuf. Ils le virent trembler puis exploser à cause de la pression
interne engendrée par la température. Spencer en déduisit que ces réactions étaient provoquées
par une exposition à de l’énergie provenant des micro-ondes. Il bricola une boîte métallique
dotée d'une ouverture par laquelle pénétraient des micro-ondes. En introduisant de la
nourriture dans la cavité métallique, et en y faisant entrer les micro-ondes, la température des
aliments s'élevait très rapidement. Spencer venait d'inventer ce qui allait révolutionner la
cuisine, le four à micro-ondes.
Dans une première partie nous parlerons de ces fameuses micro-ondes et du four en lui-même.
Ensuite, nous expliquerons comment fonctionne un magnétron,
composant essentiel du four car c'est lui qui produit les ondes
électromagnétiques, lesquelles agiront ensuite sur les matériaux
diélectriques des aliments et plus particulièrement l'eau. La cuisson
des aliments ne se fait pas à la manière d'un four ordinaire. Il faudra
donc aborder la méthode de cuisson que pratique le four micro-
ondes. Enfin, de nombreuses rumeurs de risques liés à son
utilisation courent sur les micro-ondes, malgré le peu d'informations à ce sujet (les producteurs
de fours y sont sûrement pour quelque chose), nous tenteront de les éclaircir.
Avant de commencer, une petite devinette jouant sur les mots : le chat miaule, le chien aboie, le
cheval hennit... et la fourmi ? Quel cri fait-elle ?...
Réponse : elle cro-onde... parce que le fourmicro-onde.

TPE : Le four micro-ondes
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I
I L Le es s m mi ic cr ro o- -o on nd de es s
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1) ) D Dé éf fi in ni it ti io on n
Une onde est un phénomène de propagation d’une perturbation dans un milieu sans transport
de matière.
On peut découper par catégorie les ondes, et les micro-ondes sont une catégorie parmi tant
d’autres.
Les ondes sonores sont audibles jusqu'à la fréquence de 25 000 hertz.
Les micro-ondes sont, elles, comprises entre 300 MégaHertz et environ 30 GigaHertz.
L’oreille humaine est donc très loin d’entendre la moindre vibration produite par les micro-
ondes.
Les micro-ondes ont une particularité. Elles se propagent comme la lumière et ne sont pas
absorbées par l’atmosphère lorsque leur fréquence est inférieure à 12 Gigahertz.
Elles sont utilisées pour la télécommunication terrestre et spatiale.
Au dessus de cette fréquence l’énergie électromagnétique, que l’on verra ci-dessous, est
transférée aux molécules et aux atomes, lesquels résonnent et absorbent l’énergie.
Ce domaine nous intéresse puisqu’il sert au chauffage et au séchage des aliments.
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2) ) C Ca ar ra ac ct té ér ri is st ti iq qu ue es s d de es s o on nd de es s
On qualifie les ondes sonores d’ondes matérielles car au cours de leur propagation elles
déforment le milieu.
Les micro-ondes ont la capacité de se propager sans support de matériel, c'est-à-dire dans le
vide.
De telles ondes sont appelées ondes électromagnétiques. Les micro-ondes et les ondes
radioélectriques en font partie.
Les ondes électromagnétiques peuvent être générées d'une manière naturelle ou d'une manière
artificielle. Une onde électromagnétique est une double ondulation, d'un champ électrique,
d'une part, et d'un champ magnétique, d'autre part. Ces champs sont à angle droit l'un par
rapport à l'autre et se déplacent dans l'air, avec la même ondulation, à la vitesse de la lumière,
soit près de 300.000 kilomètres par seconde (voir ci-après le schéma d’une onde
électromagnétique).
Le champ électromagnétique est généré par un système contenant des particules chargées. Il est
possible de calculer la valeur d’un champ électromagnétique à l’aide des équations de Maxwell
(nous n’étudierons pas ces équations, car elles dépassent le cadre de notre étude, qui est
d'avantage qualitative que quantitative).
Le champ électromagnétique est le composé du champ électrique et du champ magnétique.
Le cas d’un champ électrostatique résulte de l’immobilité des charges lorsque le champ
magnétique est nul.
Quelques schémas et exemples illustrés nous permettent de mieux comprendre.

TPE : Le four micro-ondes
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Ce champ est créé par la présence de charges électriques dans la haute atmosphère
(ionosphère). Il existe une différence de potentiel entre l'atmosphère et le sol. Des charges
électriques de la terre quittent le sol vers l'atmosphère. Un champ électrique naît (100 à150
V/m). Les orages assurent, grâce à la foudre, le retour de ces charges vers le sol afin de
maintenir un équilibre global. Sous un nuage d'orage, le champ électrique peut être assez
intense (de l’ordre de 10KV/m).
Champ électrique naturel à la surface de la terre