ED 4213

avril 2014
ED 4213
CHAMPS ÉLECTROMAGNÉTIQUES
Les équipements de chauffage
industriels par micro-ondes
Généralités
champ est alternatif, les molécules s’orientent
en suivant la polarité du champ excitateur.
L’histoire attribue la découverte du chauffage
par micro-ondes à P. Spencer, dans les années
quarante, qui travaillait sur des radars. Il s’est
aperçu que, lorsqu’il était à proximité d’un radar
en fonctionnement, une barre de chocolat avait
fondu dans une poche de sa blouse.
Si un ensemble de molécules de ce type, très
proches les unes des autres, est soumis à un
champ électrique de fréquence adaptée, il se
produit des chocs et frottements intermoléculaires qui provoquent un échauffement de la
matière. Ce mécanisme est connu sous le nom
de chauffage par pertes diélectriques.
Lorsqu’une molécule polaire comme la molécule d’eau est soumise à un champ électrique,
elle s’oriente parallèlement à celui-ci. Si ce
phénomène. La fréquence ISM (industrielle,
scientifique, médicale) utilisée pour les applications communément appelées « micro-ondes »
est de 2,45 GHz. Il existe aussi des procédés
industriels fonctionnant à la fréquence de
915 MHz.
La fréquence du champ électrique émis doit
être suffisamment élevée pour induire ce
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Principe
de fonctionnement
Dans les appareils de chauffage par microondes (figure 1), le champ électrique généré
par le magnétron (figure 2) est généralement
conduit par un guide d’ondes vers une enceinte
dans laquelle est placé un brasseur d’ondes.
Ce dernier favorise les réflexions sur les parois,
ce qui permet l’homogénéisation du champ
électrique dans l’enceinte du four. Les équipements micro-ondes sont le plus souvent soit
des enceintes fermées en matériaux conducteurs, soit des tunnels. Les fuites du champ
électrique vers l’extérieur sont limitées par
conception des appareils (joints conducteurs
sur les ouvertures, grillage métallique sur les
vitres…).
Applications
L’utilisation du chauffage par micro-ondes
trouve son intérêt lorsqu’il s’agit de :
■■chauffer un matériau non métallique ;
■■diminuer le temps de traitement des matériaux épais, contenant des molécules d’eau et
de faible conductivité thermique.
Compte tenu de son coût, ce procédé est utilisé
pour des produits finaux à forte valeur ajoutée.
À traitement équivalent, il est en effet moins
consommateur d’énergie.
Outre son utilisation domestique, le chauffage
par micro-ondes est particulièrement utilisé par
les industries agroalimentaires lorsqu’il s’agit
de décongeler, cuire ou réaliser le traitement
thermique de denrées comestibles (viandes,
poissons, plats cuisinés boulangerie-pâtisserie).
Les activités industrielles non alimentaires
utilisant cette technique sont multiples. On
peut citer :
■■la vulcanisation de pièces en caoutchouc ;
■■le séchage de murs dans le BTP ;
■■le séchage de peinture ou vernis dans le secteur de la menuiserie, l’ameublement, de peaux
dans les tanneries…
Les micro-ondes sont également utilisées dans
des procédés de déshydratation, enduction, formage, polymérisation, stérilisation…
Risques
pour l’homme
Exposition aux champs
électromagnétiques
Le corps humain, composé majoritairement
d’eau, subit un échauffement lorsqu’il est
exposé à un champ électrique de fréquence
supérieure à une centaine de kHz. À la fréquence micro-ondes (2,45 GHz) et compte tenu
des puissances mises en jeu (plusieurs kilowatts), les conséquences sur la santé peuvent
être graves en cas de surexposition (brûlures
importantes).
2 Champs électromagnétiques ED 4213
La surexposition peut survenir en cas de défauts
d’étanchéité de l’enceinte, de défaillances des
dispositifs de sécurité (ouverture des portes par
exemple). Le personnel de maintenance peut
être exposé lors de ses interventions.
Quel que soit le blindage, un champ résiduel
est toujours présent à proximité des installations micro-ondes en fonctionnement. Celui-ci
varie en fonction des conditions de charge et
de l’état d’avancement dans le cycle de chauffage. Ce champ résiduel diminue rapidement
avec l’éloignement.
Pour certaines applications (séchage de bois),
le champ électrique non confiné peut conduire
à des expositions importantes pour toute personne placée dans l’environnement de la
source.
Compatibilité
électromagnétique
avec les implants
Il existe un risque de dysfonctionnement des
implants actifs tels que les stimulateurs cardiaques, les défibrillateurs, les prothèses auditives, les pompes à insuline, en raison des
interférences possibles avec un champ électromagnétique, même si l’intensité de ce champ
est inférieure aux valeurs réglementaires relatives aux effets sur la santé (voir fiche de la
même collection ED 4206).
Autres risques
Notons en particulier qu’il existe un risque
électrique important car la tension d’alimentation d’un magnétron est de plusieurs milliers de volts.
Les produits chauffés peuvent émettre des
gaz ou des agents chimiques toxiques et être
sources de brûlures.
Valeurs
déclenchant l’action
La directive européenne 2013/35/UE du 26
juin 2013 concernant l’exposition des travailleurs aux champs électromagnétiques définit des valeurs mesurables de l’intensité du
champ électromagnétique appelées valeurs
déclenchant l’action. En cas de dépassement,
il convient de mettre en œuvre un plan de prévention de façon à réduire l’exposition en dessous de celles-ci.
Les valeurs déclenchant l’action concernant l’exposition aux rayonnements micro-ondes sont :
Gamme
de fréquences f
Intensité
de champ
électrique E (V/m)
400-2 000 MHz
3.10 –3 f 1/2
2-6 GHz
140
f est la fréquence exprimée en Hz.
Mesurages
et moyens de prévention
La directive prévoit une évaluation de l’exposition au poste de travail. Celle-ci peut être effectuée par des mesurages dont les résultats sont
comparés aux valeurs déclenchant l’action.
Les équipements micro-ondes génèrent des
champs électromagnétiques dont la composante du champ électrique prédomine. La seule
mesure de l’intensité du champ électrique permet de caractériser l’exposition d’un opérateur ou les fuites de la machine. L’intensité de
ce champ va dépendre du procédé (enceinte
fermée ou non) et de la distance par rapport
à la source.
Pour les activités de type four avec une enceinte
fermée, les mesures de champs en situation
réelle donnent des valeurs au poste de travail
faibles par rapport aux valeurs déclenchant
l’action. Pour ces installations, il convient de
vérifier le bon état des dispositifs de protection et d’assurer une maintenance régulière.
Notons que les joints de portes des enceintes
sont des pièces d’usure relativement fragiles.
Une recherche de fuites est réalisée par des
mesurages à proximité de l’enceinte et de préférence en fin de cycle de chauffage. C’est par
exemple le cas des fours de cuisson intégrés
dans une ligne de convoyage, des fuites de
champs peuvent être présentes aux entrées/
sorties du four.
Lorsqu’il n’existe pas de blindage ou pour des
utilisations sans enceinte, une évaluation du
champ doit être faite au poste de travail, et si
besoin un périmètre de sécurité doit être mis en
place ainsi qu’une signalétique appropriée pour
prévenir les personnes passant à proximité.
Figure 1. Schéma de principe d’un four à micro-ondes
Le magnétron est un tube à
vide sans grille d’arrêt, avec
une cathode centrale, chauffée
par un filament, et une anode
massique et concentrique dans
laquelle sont creusées plusieurs cavités résonnantes. On
trouve aussi deux aimants permanents à chaque extrémité
du tube, pour créer un champ
magnétique axial. Le parcours
en spirale (du fait du champ
magnétique) des électrons se
fait à une fréquence accordée
aux cavités résonnantes. Le
magnétron est un dispositif
auto-oscillant. Les puissances
disponibles sont de l’ordre de
quelques kW.
Figure 2. Principe du magnétron
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Pour en savoir plus
■■ Guide pour l’établissement de limites d’exposition aux champs électriques,
magnétiques et électromagnétiques. Champs alternatifs (de fréquence variable
dans le temps, jusqu’à 300 GHz), INRS, ND 2143.
Cette note documentaire n’est disponible qu’en PDF sur www.inrs.fr et www.hst.fr.
■■ Fiches de la collection « Champs électromagnétiques », INRS, ED 4200 et suivantes.
Particulièrement :
–Généralités sur les rayonnements non ionisants jusqu’à 300 GHz, ED 4201.
– Les effets des rayonnements non ionisants sur l’homme, ED 4203.
– Les stimulateurs cardiaques, ED 4206.
■■ Directive européenne 2013/35/UE du Parlement européen et du Conseil
du 26 juin 2013 concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives
à l’exposition des travailleurs aux risques physiques (champs électromagnétiques).
■■ Exposition des travailleurs aux risques dus aux champs électromagnétiques.
Guide d’évaluation des risques, INRS, ED 6136.
Référents : Groupe RNI Carsat-Cram/INRS
Ch. Bisseriex, Carsat Auvergne ■ P. Laurent,
Carsat Centre-Ouest ■ N. Sierra, Carsat LanguedocRoussillon ■ C. Bonnet, J. Fortuné, Carsat Centre ■
E. Marteau, Cram Île-de-France ■ G. Le Berre,
Carsat Bretagne ■ S. Tirlemont, Carsat Nord-Picardie
■ H. Castro, Carsat Midi-Pyrénées ■ A. Becker,
Ph. Demaret, M. Donati, INRS Lorraine ■
P. Moureaux, INRS Paris
Contacts : Ph. Demaret, INRS : 03 83 50 85 32
P. Moureaux, INRS : 01 40 44 31 09
Services Prévention des Carsat,
Cramif et CGSS
Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles
65, boulevard Richard-Lenoir 75011 Paris Tél. 01 40 44 30 00 www.inrs.fr e-mail : [email protected]
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1re édition • avril 2014 • 2 000 ex. • Mise en pages : Yuruga • Schémas : Atelier F. Causse