Pourquoi le plateau d'un micro-onde tourne ?

Bonjour,

Nous hésitons entre vérité scientifique et piété filiale

Sur le principe, les micro-ondes sont mal réparties dans le four du fait qu’il s’agit d’« ondes stationnaires » (standing waves) qui sont diffusées par réflexion sur les parois du four.


Source Futurascience © Idé

« En pratique, les micro-ondes sont produites par un appareil dénommé magnétron et injectées dans la cavité formée par l’intérieur du four. Les parois de la cavité sont en métal (une grille métallique au niveau de la porte), qui réfléchit très efficacement les micro-ondes [...].
La réflexion sur les parois métalliques a une autre conséquence : l’intérieur est une cavité résonnante, qui n’est excitée efficacement que par certaines fréquences. C’est l’analogue, en trois dimensions, de la résonance d’une corde tendue que l’on fait vibrer par l’une de ses extrémités (la longueur de la corde est alors un multiple entier de la demi-longueur d’onde).
Pour un four commun mesurant 19 × 29 × 29 centimètres cubes, on trouve des résonances à des longueurs d’onde de 12,274 et 12,277 centimètres, très proches de la longueur d’onde du four (12,24 centimètres). Dans ces conditions, la cavité est le siège d’une onde stationnaire, dont l’amplitude varie comme sur une corde : il y a des endroits où elle est presque nulle et d’autres maximale.
La cuisson des aliments et la température n’y sont donc pas homogènes ! On a ainsi relevé plus de 20 degrés d’écart au sein d’un biberon d’eau chauffée. D’où l’intérêt du plateau tournant : les aliments, déplacés, sont soumis à des champs d’amplitudes variées et chauffent de façon plus homogène. Par conséquent, pour chauffer un petit plat ou un biberon, mieux vaut ne pas le placer au centre, où il serait immobile et la rotation du plateau inutile. Ce qui ne dispense pas d’agiter ou de mélanger tout aliment cuit aux micro-ondes, afin d’éviter la pénible alternance en bouche de l’à peine tiède et du brûlant. » (Jean-Michel COURTY et Édouard KIERLIK, "A la chaleur des micro-ondes").

Il existe cependant des fours à micro-ondes qui :
- répartissent mieux les ondes, grâce à un diffuseur rotatif placé dans le haut du four (« Some ovens have a mode stirrer, i.e. a rotating reflector at the top to get a more homogeneous field distribution, and there are investigations into how geometrical changes of the wall structure may improve the situation.” M. Vollmer)
- combinent les micro-ondes, avec un guide du train d'ondes placé sous la sole du four et pas en haut, et un détecteur infra-rouge de chaleur qui analyse les aliments pendant la cuisson pour que les micro-ondes soient dirigées dans les zones où elles sont nécessaires. (« The heating is actually very even because the microwave generator is rotated underneath the floor of the cooking chamber, and the oven also has an infrared heat sensor that scans different areas of the food during cooking so that the microwaves are preferentially directed to the areas where they're needed. (Another advantage of the infrared sensor is that it monitors the temperature of the food as it cooks. So you don't have to guesstimate the time needed to reach the desired temperature and set a certain number minutes -- you simply set the temperature you want the food heated up to. » Forum de discussion)

Ce ne sont pas les modèles les plus couramment commercialisés actuellement, lesquels résolvent à peu de frais, avec le plateau tournant, le problème de la répartition des ondes dans le four.

Et pour poursuivre le débat familial, que diriez-vous de réaliser ensemble une expérience qui permet de visualiser les ondes stationnaires, dans l’un et l’autre micro-onde, pourquoi pas ?
… et prolonger avec l’épineuse question de l’entraînement du plateau tournant et de son sens de rotation.

Sources :

Michael Vollmer, Physics of the microwave oven [Physique du four à micro-ondes], janvier 2004.

Forum de discussion « Microwave Oven - Is it possible to get one without a turntable ?”

« Idées de Physique : La physique, une science à l'échelle humaine », blog de Jean-Michel COURTY et Édouard KIERLIK, professeurs de physique à l'Université Pierre et Marie Curie, à Paris.