doc technique vt251

FOUR à MICRO-ONDES
VT 251
Electrodomestique
Equipements de cuisson
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Four à Micro ondes
1. Fonction d’usage :
Il s’agit de réchauffer ou de cuire des aliments à l’aide des micro-ondes.
2. Principe :
Les ondes électromagnétiques produites dans la cavité du
four permettent de pénétrer dans les aliments sur une
profondeur d’environ 3 cm en agitant fortement les
molécules d’eau qu’ils contiennent. La friction des
molécules d’eau libère de l’énergie sous forme de chaleur
qui se propage ensuite par conduction dans tout l’aliment.
La cuisson se fait donc directement dans la masse par
pénétration des micro-ondes, et sans élévation de la
température de l'enceinte.
3. Les ondes
3.1 Les ondes matérielles utilisent un fluide ou un solide pour se propager (terre, eau, air)
Les rides sur une marre suite à la chute d’une pierre.
La voix, la musique, les bruits sont des ondes qui se propagent dans l'air, dans l’eau.
Tremblement de terre (onde sismique).
3.2 Les ondes électromagnétiques se déplacent sans support matériel. Ce sont les ondes
électromagnétiques. Elles peuvent traverser le vide. Les applications les plus
communes sont la télévision, le téléphone sans fil, le radar et la transmission satellite.
Zone visible de l’œil humain
3.3 Ondes ionisantes
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Les corps soumis à ces rayonnements vont voir apparaître des ions. Leur structure
chimique va être modifiée. Si l’on prend l’exemple du bronzage, il y a 2 phénomènes,
l'un est chimique l'autre thermique. Le bronzage n'est pas provoqué par la chaleur
mais par la modification d'une molécule de la peau appelée mélanine au contact des
ultraviolets. (A l'excès, ce sera le mélanome, cancer de la peau).
Pour certaines ondes comme les rayonnements X, radioactifs, les doses prises sur
plusieurs fois s'ajoutent et les rayonnements continuent d'agir privés de leur source.
C'est dangereux.
3.4 Ondes non-ionisantes
La sensation de chaleur sur la peau, elle, est provoquée par d’autres ondes : Les
infrarouges. D'un coté effet chimique, de l'autre effet thermique, entre les deux la
limite est constituée par un infime intervalle de fréquence, c'est la lumière visible. En
passant de U.V à violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge et I.R., on passe de
chimique à thermique. Les corps ne sont plus modifiés, on est dans le NONIONISANT.
A l'inverse dans le NON-IONISANT il n'y a aucune accumulation ni rémanence. Le
seul résidu de l'onde est l'élévation de température. Ce n’est donc pas dangereux.
Sur un plan purement technique, l’argument qui consiste à opposer cuisson
"traditionnelle" et « micro-ondes » n'a pas de sens. Il s'agit dans les 2 cas d'effets
thermiques provoqués par une onde électromagnétique.
4. Propriétés des micro-ondes sur les matériaux.
4.1 Les micro-ondes ne traversent pas les métaux
Elles sont réfléchies par ceux-ci. Cette propriété est déterminante pour la nature
même de l'enceinte où se passera la cuisson. Si les ondes ne traversaient pas le bois,
c'est une ébénisterie qui remplacerait la tôlerie actuelle. C'est aussi un indicateur
important pour la nature des récipients à utiliser par exemple : Un fait-tout
entièrement métallique réfléchira les ondes. Il n'y aura aucune cuisson à l'intérieur.
4.2 Les micro-ondes traversent les isolants
La capacité d'une matière à être traversée ou à absorber les micro-ondes dépend de
sa structure moléculaire, de la force avec laquelle les atomes sont reliés entre eux.
Cela se caractérise en physique par le terme « constante diélectrique ». Nous
retiendrons que les micro-ondes traversent certains isolants tels que le verre, le
plastique, la céramique, le papier ou le Mica.
On utilisera ces matières pour les équipements de l’enceinte.
4.3 les micro-ondes sont absorbées par les matières organiques
Plus particulièrement par les aliments, ceci à cause de l'eau (H2O) qui les compose.
Cette composition va permettre d’agiter ces molécules par le champ
électromagnétique des fours à micro-ondes de nos cuisines.
5. Composition de la molécule d’eau.
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Ceci est la géométrie de la molécule d’eau.
Les 3 atomes ne sont pas alignés ce qui
provoque un déséquilibre de charges
électriques (H+ et O-). Ceci permet de
simplifier la molécule comme un dipôle
électrique, c'est-à-dire un objet qui
possède 2 pôles de charge différente.
C'est ce qui se passe sur un aimant ou
encore sur une batterie.
Dans un aliment, il y a de très grandes
quantités de molécules d'eau dont la
position est aléatoire comme la
représentation ci-contre.
Si l'on applique sur la salade un champ
électrique comme par exemple dans une
enceinte à micro-ondes, les molécules
vont vouloir s'orienter selon le champ
+ à gauche et – à droite.
Si le champ s'inverse, les molécules
s'inversent.
Il y aura 2 inversions par alternance
(comme pour la tension secteur 230V
AC), les molécules vont donc pivoter au
rythme des alternances. Elles vont se
heurter, se frotter et donc s'échauffer comme lorsque l’on frotte ses mains l'une sur
l'autre.
Nous savons maintenant que le secret de la cuisson par micro-ondes
se sont des milliards de frottements de molécules polarisées excitées
par les ondes.
6. Comment cuit l’aliment ?
• La chaleur qui va cuire l'aliment naît dans l'eau qu’il contient.
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• En cuisson dite "traditionnelle", il faut chauffer l’environnement de
l'aliment. Il en résulte des pertes dans les parois du four, dans l'air,
dans le récipient et parfois dans l'eau qui est autour. Pour les microondes, aucune perte extérieure. L'aliment est cuit de l'intérieur d'où
économie d'énergie. A noter que dans ce cas le récipient fait
radiateur ; il dissipe la chaleur. Une fois sur la table l'aliment tend à
refroidir plus rapidement.
• Dans une cuisson par micro-ondes, l'agitation se fait sur une
certaine épaisseur. C'est ce qui s'appelle la profondeur de
pénétration. Elle est d'environ 3 cm mais l’énergie dissipée diminue
avec la profondeur.
La cuisson peut être de deux types :
La cuisson directe concerne la zone périphérique de l’aliment
qui est chauffée directement par les ondes. (Une pizza par
exemple sera entièrement cuite en cuisson directe).
La cuisson par conduction si l'aliment est plus épais,
l’intérieur est cuit par la transmission de la chaleur de
proche en proche.
La réduction du temps de cuisson favorise la conservation
des vitamines et sels minéraux qui supportent bien une
cuisson courte et intense, alors qu’ils sont détruits par les longs temps de cuisson
habituels. Cela induit parfois un changement de la saveur, du goût de l'aliment.
7. En résumé
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Une onde est le résultat de la perturbation d'un milieu.
Les ondes électromagnétiques naissent au cœur même des atomes.
Les micro-ondes sont de type radio et entraînent des effets uniquement thermiques.
La fréquence des micro-ondes domestiques est de 2450 MHz pour une longueur
d'onde de 12,24 cm
Elles ne traversent pas les métaux et s’y réfléchissent.
Elles traversent certains isolants.
Elles sont absorbées par les aliments.
Grâce à leur polarisation, les molécules d’eau peuvent être agitées par les ondes. En se
frottant et se choquant au cœur même de la matière, elles vont cuire la nourriture.
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8.Les différents modèles de four à micro-ondes
8.1 : Le micro-ondes basique
Mono : pour décongeler, réchauffer ou cuire les
préparations simples en un temps record. Il vient en
complément du four traditionnel.
Avec gril : pour dorer gratins, pizzas ou tartes ou viande.
8.2 : Le micro-ondes multi-cuissons
Avec 2 résistances en haut et en bas : pour associer les performances du micro-ondes
et les qualités du four traditionnel (gril, chaleur tournante ou convection naturelle).
Avantages : gain de temps, de place et d'énergie.
9.Les critères de choix à prendre en compte
9.1 : La capacité de l’enceinte
- Exprimée en litres, (de 9 à plus de 37 litres), à choisir en fonction des besoins.
- La largeur pour les fours, ou le diamètre du plateau pour le micro-ondes permet
d'utiliser des plats plus ou moins grands.
- Pour le four micro-ondes, le plateau débrayable accepte des plats plus grands et de
toutes les formes.
- La cuisson sur plusieurs niveaux double la capacité de l’appareil.
9.2 : 3 types de programmation
- Mécanique : simple mais moins précise. Elle comprend
généralement une minuterie, un sélecteur de puissance et un
sélecteur de fonction.
- Electromécanique : la simplicité de la mécanique avec la
précision d'une minuterie électronique.
- Electronique : la plus performante (affichage, précision du
temps de cuisson, touches mémoire, fonctions automatiques, départ différé).
9.3 : La puissance restituée
La performance d’un four à micro-ondes est donnée par la
valeur de sa puissance restituée, exprimée en watts. Elle
conditionne la rapidité et l'efficacité de la cuisson.
- Il faut au moins 750 W pour cuire à cœur un aliment.
Pour le gril, 1000 W sont nécessaires pour gratiner.
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10.Dispositifs pour améliorer l'efficacité d’un four à micro-ondes
10.1 : La cavité
Elle peut être en epoxy, en inox, en émail ou en céramiqueémail.
L'inox : revêtement solide, facile à nettoyer.
La céramique-émail : ne réfléchit pas la chaleur mais l'absorbe
et la diffuse, pour une cuisson en profondeur et en douceur en
préservant les qualités nutritives des aliments. Elle se nettoie
d'un coup d'éponge et ne se raye pas.
10.2 : Le 6ème Sens
Appelé aussi le micro-ondes intelligent, il adapte, sans intervention de votre part, le
temps de cuisson ou de décongélation en analysant le taux d'humidité résiduel. C'est
le seul système capable de décongeler du saumon fumé sans le cuire.
10.3 : Le plat croustilleur
Pour cuire dessus et dessous tartes, pizzas, gratins, pour saisir viandes et volailles. Le
plat atteint plus de 200°C en 2 ou 3 minutes.
10.4 : Le double gril
C'est le plateau tournant en céramique chauffé par la résistance du bas qui joue le
rôle de plat croustilleur.
10.5 : La fonction vapeur
Un récipient spécial permet de cuire véritablement à la vapeur en gardant vitamines
et sels minéraux 2 à 3 fois plus vite qu'avec un cuiseur vapeur.
10.6 : La touche décongélation rapide
Permet de décongeler jusqu'à 7 fois plus vite.
10.7 : Le tournebroche
Indispensable si vous aimez les bons poulets bien grillés.
10.8 : Le gril à quartz
Plus rapide et plus efficace que le gril classique. Pour saisir rôtis et volailles comme
sur la braise.
10.9 : Le verrouillage sécurité
Pour empêcher les enfants, en s'amusant, de mettre le micro-ondes en marche.
En résumé les récipients peuvent être classés en trois catégories :
Les récipients transparents aux ondes (ils ne s’échauffent pas sous l’action des
ondes) sont à privilégier.
Les récipients absorbant les ondes (ils s’échauffent sous l’action des ondes) sont à
éviter.
Les récipients réfléchissant les ondes sont interdit
d’usage.
Recouvrez les plats pour éviter le dessèchement et la projection d'aliments. Ne
fermez jamais hermétiquement un récipient, il pourrait se fissurer ou exploser. Pour
les mêmes raisons (risque d'explosion), il ne faut pas cuire d'œufs dans leur coquille.
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11. Constitution d’un four micro-onde :
Un four à micro-ondes comporte un émetteur de micro-ondes appelé magnétron. Les
ondes émises sont confinées dans une enceinte appelée cavité. Cette cavité est
fermée par une porte couplée à un dispositif de sécurité pour éviter l’émission
d’ondes vers l’extérieur. Un brasseur d’ondes ou un plateau tournant participe à la
meilleure répartition des ondes sur les aliments. Il comporte aussi un système
d’alimentation électrique et des éléments de commande. Les micro-ondes sont
absorbées par les aliments. Mais en pénétrant, elles perdent peu à peu de leur
puissance. Au-delà de deux à trois centimètres la cuisson se fait par conduction.
Le four micro-onde et l’aliment n’accumulent pas d’énergie électromagnétique. Dés que
le magnétron n’est plus alimenté électriquement, l’émission de micro-ondes cesse.
Acquisition et
traitement des
données
Fp3
Production
d’ondes
électromagnétiques
Fp2
Réparti
tion
des
ondes
Aliment froid
Aliment chaud
UTILISATEUR
Réseau EDF
Organisation fonctionnelle
Fp1
Sélections
Compte rendu
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Un four à micro-ondes est formé par 3 fonctions principales :
-
Une fonction Acquisition et
traitement des données (FP3) dont
le rôle est d’alimenter en énergie
électrique la fonction FP2 en
fonction des sélections de
l’utilisateur.
-
Une fonction de production d’ondes
électromagnétiques (FP2) lorsqu’elle
est alimentée par FP3.
-
Une fonction de répartition des
ondes (FP1) dans laquelle les
aliments sont placés.
11.1 : Etude de la fonction FP3 : Acquisition et traitement des données
Cette fonction a pour rôle d’alimenter la fonction
de production d’ondes électromagnétiques.
Cette fonction est spécifique à chaque fabricant et
permet de définir le niveau de performance du four.
On peut donc admettre que sur le plan fonctionnel elle
soit équivalente à un interrupteur
Secteur
EDF
Fp3
Lorsque l’utilisateur a réglé la puissance et la durée de chauffage, que la porte est
fermée, l’équivalent de l’interrupteur se ferme, ce qui permet d’amener le secteur
EDF à l’entrée de la fonction Fp2 pour produire des ondes électromagnétiques.
Cette fonction est réalisée dans deux technologies suivant le niveau de performance
du four :
- Technologie électromécanique pour les fours de début de gamme : le réglage du
temps est effectué par une minuterie et le réglage de la puissance par un doseur
d’énergie.
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- Technologie électronique pour les fours moyen et haut de gamme : un circuit
intégré appelé micro contrôleur gère le réglage du temps et de la puissance ainsi
que toutes les sécurités (porte, surchauffe etc.)
Cette technologie permet aussi d’ajouter d’autres fonctionnalités de
programmation : programme préféré, programme automatique de cuisson en
fonction de l’aliment et de son poids, etc.…
11.2 : Etude de la fonction FP2: Production d’ondes électromagnétiques
Cette fonction est la fonction de puissance de l’appareil. Elle génère des ondes
électromagnétiques de fréquence très élevée : 2450 MHz et de puissance importante :
environ 1 kW.
Cette fonction est la même pour tous les fours à micro-ondes, quelque soit le constructeur
ou le niveau de performance de l’appareil. Son organisation fonctionnelle est la suivante :
Secteur EDF
Doublage de
la tension
élevée
Elévation
de la
tension du
secteur
EDF
Conversion de
l’énergie
électrique en
énergie
électromagnétique
Fs2-2
Fs2-1
Fs2-3
Fp2
Schéma structurel associé :
C
Haute tension
2500V
D
Secteur
EDF
Chauffage
3,15v
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FS2.1 est réalisée par un transformateur.
Un enroulement au primaire pour recevoir le secteur 230V AC et deux enroulements
au secondaire ; l’un pour élever à une tension de 2500V et l’autre pour abaisser à une
tension de 3,15V.
Secondaire B.T
Primaire
Secondaire H.T
Fs2-2 est réalisée par un condensateur associée à une diode.
Cette fonction est réalisée par un doubleur de tension constitué
d’un condensateur et d’une diode.
Le doubleur de tension transforme la
tension alternative de 2100V du secondaire
HT en une tension négative pulsée de
4000V.
Le condensateur :
Le condensateur est à film plastique donc non-polarisé. Sa valeur est généralement
comprise entre 0,95 et 1,15 µF.
Appareil à l’arrêt, il est possible d’avoir une tension proche de 4000 volts à ses
bornes. Il intègre donc une résistance de décharge de forte valeur (environ 10 MΩ).
Malgré cette résistance, et malgré un travail hors tension, il est recommandé
de systématiquement vérifier s’il est déchargé avant toute action.
haute tension :
La diode
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La diode haute tension est conçue pour une tension inverse max (Vr) de l’ordre de
6000 volts. Pour supporter une telle tension une simple jonction PN ne suffit pas. Il
faut empiler plusieurs jonctions en série. La diode de puissance est donc un empilage
de huit diodes.
Fs2-3 est réalisée par un composant appelé magnétron.
C’est un oscillateur émettant de l’énergie électromagnétique à 2450 MHz.
La cathode
C'est une électrode d'où les électrons sont émis, le pôle
(-). Un filament en tungstène est parcouru par un courant
sous une très basse tension : 3,2 Volts. Lorsqu’il est
chaud sa température est d’environ 1750°C.
30% de l’énergie consommée est ainsi dissipée en chaleur,
le rendement moyen des magnétrons est d’environ 70%.
La cathode est alimentée via les deux seules cosses que
comporte le magnétron.
L'anode
C'est une électrode qui reçoit les électrons, le pôle (+).
Elle est en cuivre. Ce cylindre renferme les cavités
raisonnantes au nombre de dix, elles vont, par leur taille
et leur forme définir la fréquence des ondes émises.
Afin de pulser les ondes, la cathode est soumise à des
pointes de tension négatives de - 4000 volts.
Tout ceci est dans un espace clos et sous vide d'air. Anode et cathode ne sont jamais en
contact.
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11.3 : Etude de la fonction FP1: Répartition des ondes
11.3.1 - La cavité (enceinte)
La cavité est l’espace intérieur limité par des parois
métalliques qui recevra les aliments. Ses dimensions sont
calculées de manière à créer un phénomène de résonance des
ondes afin que l’énergie rayonnée soit entièrement absorbée
par l’aliment. Elle est réalisée en métal, ce dernier étant
indispensable pour réfléchir et confiner les ondes
électromagnétiques à l’intérieur. La cavité peut être en tôle peinte pour un micro-onde
simple ou en inox ou en tôle émaillée pour un micro-ondes combiné ou grill.
La cavité est close par une porte pour prévenir les fuites électromagnétiques.
- Notion d’accord
L’accord va permettre de garder plus de 75% de la puissance émise par le magnétron.
Une partie des ondes réfléchies peut retourner au magnétron. Si trop d’énergie se
réfléchie sur celui-ci, il y a risque d’arc électrique, d’amorçage. L’accord limite ce
retour.
11.3.2 - Diffusion et répartition des ondes.
En sortie du magnétron, les ondes sortent à travers
une plaque de mica (proche de la lampe) et vont se
refléter sur les hélices (brasseur d’ondes) mises en
rotation par un micro-moteur, sur les parois de la
cavité et/ou par l’utilisation d’un plateau tournant.
11.3.3 - Etanchéité de l’enceinte
La réglementation autorise une fuite du rayonnement de faible puissance soit :
5mW/cm2 maxi à 5 cm de distance
11.3.4 - Etanchéité de la porte.
La porte doit prévenir les fuites électromagnétiques. Elle possède un hublot pour
pouvoir
surveiller
les
aliments en cours de
cuisson. Celui-ci est rendu
totalement étanche au
passage des ondes grâce à
l’utilisation d’une grille
métallique dont les trous
sont très inférieurs à 3
cm.
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Photo n°8
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