Pourquoi les micro-ondes chauffent-elles ?

L’appareil, dont je vais vous parler aujourd’hui, a révolutionné le quotidien des hommes et des femmes des années 1960-1970.
Utilisé pour le chauffage et la cuisson rapide des aliments, c’est (vous l’aurez deviné) : le four à micro-ondes!
Cette invention est le fruit du hasard, puisque l’ingénieur Percy Spencer, spécialisé dans la confection de radars, a découvert accidentellement l’effet physique à la base du fonctionnement du four.

Une découverte accidentelle

Les ondes électromagnétiques comprises entre 1 GHz et 300 GHz, appelées micro-ondes, ont été découvertes dans les années 1880 par James Clerk Maxwell (pour la théorie) et Heinrich Rudolf Hertz (pour l’expérience).

Durant la seconde guerre mondiale, ces micro-ondes étaient utilisées dans la confection de radars. En effet, cette technologie permet de connaitre la distance à laquelle se trouve un obstacle, ce qui s’avéra être un excellent moyen de détection et de défense contre les ennemis.
C’est d’ailleurs en travaillant sur la fabrication de ces radars au sein de l’entreprise Raytheon, et plus particulièrement sur des appareils appelés magnétrons émettant des micro-ondes, que l’ingénieur américain Percy Spencer découvre, par hasard, la faculté des micro-ondes à chauffer des aliments.

En effet, se situant proche d’un magnétron, il ressentit de la chaleur et s’aperçut que la barre de chocolat au fond de sa poche avait fondu, alors que la température dans la pièce n’était pas particulièrement élevée. Il prit ainsi conscience que le magnétron en était la cause.
Il exploite alors cet effet physique et commercialise, en 1947, le premier four à micro-ondes, appelé Radarange. Trop lourd (340 kg) et trop grand (1,8 m), il faudra attendre plusieurs années avant que les premiers fours à micro-ondes investissent nos cuisines, grâce à la miniaturisation des différents composants.

Radarange, premier four à micro-onde (1947)

Ça chauffe!

Tout commence au sein du magnétron, qui est un dispositif qui transforme de l’énergie cinétique, apportée par la prise de courant, en énergie électromagnétique, sous forme de micro-ondes.

Une fois ces micro-ondes produites, elles passent à travers un guide d’ondes qui les apporte jusqu’à un agitateur d’ondes. Celui-ci les diffuse alors au sein de la cavité du four. Elles vont ensuite pénétrer à l’intérieur des aliments et c’est à ce moment là que le chauffage a lieu.

Schéma du four à micro-onde. Source : Science Junior

Lorsque les micro-ondes pénètrent au cœur des aliments, elles agissent sur les molécules d’eau qui les composent.
Ces molécules, qui étaient bien tranquilles avant leur arrivée, vont être perturbées et commencer à s’agiter dans tous les sens.

Les molécules d’eau s’agitent. Source : Futura-Sciences

En physique, tout corps qui reçoit de l’énergie la restitue sous différentes formes : soit sous forme de mouvement, soit sous la forme d’une réaction chimique, soit en émettant de la lumière. Il se peut également que le corps produise de la chaleur.

Dans le cas de notre four à micro-ondes, c’est le mouvement des molécules d’eau qui va produire de l’énergie sous forme de chaleur, ce qui va permettre de chauffer les aliments.
A titre de comparaison, c’est un peu la même chose lorsque l’on se frotte les mains pour se réchauffer lors de froides journées d’hiver. Le mouvement produit de la chaleur!

Je finirai cet article en vous disant quelques mots sur l’enceinte métallique qui tapisse l’intérieur de nos fours à micro-ondes. Vous vous doutez bien que ce n’est pas par soucis d’esthétisme! En effet, les métaux lisses réfléchissent complètement les micro-ondes. Ainsi, les ondes restent à l’intérieur du four et atteignent les aliments : la cavité joue le rôle d’une cage de Faraday.

Amélie Cabasse

Pour aller plus loin
Une expérience avec un four à micro-ondes permettant de mesurer la vitesse de la lumière, proposée par Sweet Random Science.

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3 réflexions au sujet de « Pourquoi les micro-ondes chauffent-elles ? »

  1. Intéressant comme sujet. Mais j’aurais aimé avoir un peu plus de détail sur pourquoi les micro-ondes mettent en mouvement les molécules d’eau spécifiquement (et pas d’autres molécules par exemple). Il y a un système de résonance je crois ?

    Et quel type de mouvement la molécule d’eau subit-elle ? Rotation ? Vibration ? Déplacement ? Étirement-rétraction ?

    Cet article donne envie d’en savoir plus :)

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