Ces ondes
Qui nous
entourent
Extrait d'un article de Wikipedia sur le four à micro-ondes
Action des micro-ondes sur la molécule d'eau
Les cellules de matière organique renferment essentiellement des molécules d'eau. 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. Le champ électromagnétique a également tendance à polariser les molécules non polaires.
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 perpendiculairement à l'axe de symétrie de la molécule. Les liaisons entre molécules d'eau par pont d'hydrogène et les liaisons de Van der Waals entre molécules ont tendance à freiner la rotation des molécules d'eau : c'est ce freinage qui provoque l'échauffement.
Si le four émettait en fréquence plus basse, il ferait tout autant tourner 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 à cause du freinage. 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. La pulsation idéale des molécules correspond à l'inverse du temps de relaxation de la polarisation macroscopique de la cellule vers 0 si les micro-ondes sont coupées. C'est effectivement la pulsation pour laquelle la partie imaginaire de la permittivité de Debye est maximale. C'est cette composante imaginaire qui correspond au retard de la polarisation sur le champ électrique.
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 diélectrique à pertes dans une épaisseur de peau inversement proportionnelle à la fréquence et dépendant essentiellement de l'angle de perte du matériau, et donc la localisation de la totalité des pertes diélectriques en surface.
À la suite du 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 tourner, à cause de sa petite taille, la présence d'eau dans l'aliment, à cuire ou à réchauffer, ou dans le four est donc indispensable.