Les micro-ondes sont un appareil de cuisson très utile. Ce sont des machines compactes, minuscules, mais incroyablement polyvalentes – alors, comment fonctionnent-elles ?
Il y a une quantité incroyable de science et d’ingénierie derrière les micro-ondes, mais tout cela peut être décomposé en bits faciles à comprendre et à digérer.
Les fours à micro-ondes fonctionnent principalement en générant un rayonnement micro-ondes – qui traverse les aliments pour les cuire. Les micro-ondes ne sont pas spécifiques aux fours à micro-ondes, il s’agit plutôt d’une forme d’ondes électromagnétiques avec une longueur d’onde dans la gamme de fréquences comprise entre 300 MHz et 300 GHz (une longueur d’onde d’environ 1 m et 1 mm). Les fours à micro-ondes utilisent généralement une fréquence de 2450 MHz (une longueur d’onde de 12,24 cm).
Par rapport à d’autres types de rayonnement, les micro-ondes se situent entre les ondes radio, qui ont tendance à être plus longues, et les ondes infrarouges, qui sont plus courtes.
Ce qui rend les micro-ondes si spécialisés pour la cuisson, c’est la façon dont ils interagissent avec les molécules d’eau.
La science derrière les micro-ondes
Dans les fours à micro-ondes, les micro-ondes sont créées à l’aide d’un appareil appelé magnétron. À leur base, les magnétrons sont des moteurs à haute tension qui produisent de l’énergie sous forme de micro-ondes plutôt que de travail mécanique.
À l’intérieur du four à micro-ondes, un transformateur fait passer l’électricité de la prise murale, 120V aux États-Unis, ou 110V en Europe, à environ 4000 volts. Cette tension accrue est nécessaire pour alimenter le magnétron, provoquant la chaleur d’un filament au cœur de l’appareil. Au fur et à mesure que ce filament se réchauffe, des électrons sont libérés. Le four à micro-ondes met ces électrons au travail.
Un aimant circulaire est situé près du filament chauffé. Normalement, les électrons libérés par le filament seraient attirés par l’anode, mais en raison du positionnement de l’aimant, les électrons retournent en boucle vers le filament lui-même. Cette boucle d’électrons est ce qui crée réellement des micro-ondes.
Tout cela a peut-être semblé un peu complexe, et cela peut l’être lorsqu’il est expliqué sans diagrammes. Pour approfondir la compréhension du fonctionnement des magnétrons et, en fin de compte, des micro-ondes, regardez la vidéo ci-dessous.
Êtes-vous en sécurité à côté d’un micro-ondes?
Un mythe populaire sur les micro-ondes est qu’ils peuvent vous donner le cancer. Cela peut provenir de l’utilisation du mot « rayonnement » pour décrire leur fonctionnement, ainsi que de la crainte que ce rayonnement micro-ondes puisse s’échapper du micro-ondes. Le rayonnement, dans ce cas, se réfère à l’énergie qui rayonne d’une source, et non à la radioactivité.
Cependant, les micro-ondes ne contiennent pas assez d’énergie pour modifier chimiquement des substances par ionisation – elles sont un exemple de rayonnement non ionisant. D’autres types d’ondes électromagnétiques telles que les ultraviolets et les rayons X possèdent plus d’énergie par photon et peuvent donc causer le cancer.
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Les micro-ondes peuvent, bien sûr, causer du chauffage et des brûlures, mais les fours à micro-ondes sont tous conçus avec un treillis métallique sur la porte de l’appareil pour empêcher les micro-ondes de s’échapper. Ces mailles métalliques sont assez grandes pour que vous puissiez voir vos aliments cuire, mais les trous ne sont pas assez grands pour que les micro-ondes puissent passer à travers. Les fours à micro-ondes ont également des dispositifs de sécurité intégrés qui ne permettent pas au four de fonctionner lorsque la porte est ouverte.
Donc, à la fin de la journée, vous n’aurez pas de cancer en vous tenant trop près d’un micro-ondes parce que les rayons ne s’ionisent pas et que vous ne serez pas non plus cuit.
Nous avons donc parcouru la science de base, mais nous n’avons toujours pas expliqué pourquoi les micro-ondes fonctionnent si bien pour chauffer les aliments rapidement.
Comment les micro-ondes chauffent les molécules d’eau
Les micro-ondes utilisés dans un four à micro-ondes sont envoyés par un type d’antenne qui les canalise dans la zone de cuisson de l’appareil. Les ondes sont contenues à l’intérieur de l’appareil grâce aux parois métalliques solides (et à la porte grillagée). Ces micro-ondes sont ensuite absorbées par les molécules d’eau à l’intérieur de l’aliment. L’énergie des micro-ondes fait vibrer rapidement les molécules d’eau, ce qui chauffe les aliments.
En substance, parce que les molécules d’eau absorbent facilement les micro-ondes, ce qui fait que les molécules commencent à vibrer rapidement, cela devient un mécanisme pour transformer l’énergie des micro-ondes en énergie thermique. Tout comme une came et un rouleau est un dispositif mécanique pour convertir l’énergie de rotation en mouvement linéaire, les interactions des micro-ondes et des molécules d’eau sont également un moyen de convertir l’énergie des micro-ondes en énergie thermique.
Mais pourquoi les molécules d’eau vibrent-elles ? Les molécules d’eau sont polaires, ce qui signifie qu’elles ont un côté chargé positivement et un côté chargé négativement. Les micro-ondes ont une crête positive et une crête négative, comme n’importe quelle vague. Au fur et à mesure que les micro-ondes se déplacent à l’intérieur du four à micro-ondes, les molécules d’eau vont essayer d’aligner leurs pôles avec ceux du micro-ondes. Étant donné que les micro-ondes se déplacent rapidement à l’intérieur de l’appareil, les molécules d’eau essaient rapidement de continuer à s’aligner sur le mouvement des ondes.
À quelle vitesse cela se passe-t-il? Les champs positifs et négatifs des micro-ondes se déplacent à environ 2,5 milliards de fois par seconde. Lorsque vous combinez cet effet avec la réaction de la molécule d’eau, vous pouvez commencer à réaliser comment les micro-ondes cuisent les aliments si rapidement et efficacement.
Pourquoi les micro-ondes cuisent-ils de manière inégale?
La dernière question à laquelle nous devons répondre est de savoir pourquoi il y a souvent des points morts à l’intérieur des fours à micro-ondes. Par exemple, pourquoi le centre de votre nourriture est-il souvent beaucoup plus froid que les bords?
Cela se produit parce que certaines des micro-ondes finissent par s’annuler mutuellement. Souvent, ces endroits d’annulation sont localisés, ce qui signifie que certaines zones du four à micro-ondes ne reçoivent aucune « chaleur ».
CONNEXE:LA SCIENCE DIT QUE LA MEILLEURE FAÇON DE FAIRE DU THÉ EST DE LE MICRO-ONDES
En substance, lorsque le pic d’une vague frappe la vallée d’une autre vague, le résultat est une vague annulée. C’est pourquoi la plupart des micro-ondes utilisent un plat rotatif afin d’assurer une cuisson uniforme.
C’est ainsi que fonctionnent les fours à micro-ondes. Ce sont des appareils qui utilisent des aimants pour produire un rayonnement électromagnétique à une longueur d’onde particulière, qui est dirigé vers les molécules d’eau dans les aliments, les faisant vibrer et chauffer rapidement. La prochaine fois que vous cuisinerez quelque chose au micro-ondes, vous ne le regarderez pas de la même manière.