Web viewL’histoire attribue la découverte des micro-ondes à Percy Spencer qui travaillait sur les ondes radar pour le ... un couple sans enfant

Savoir 0.4 Les systèmes spécifiques : architecture et équipements.Les systèmes électrodomestiques.

BAC PROFESSIONNEL

Systèmes Electroniques Numériques

SAVOIR S.0Les systèmes spécifiques : architecture et équipements des

domaines applicatifs.

S 0.4S 0-4.5

Les systèmes électrodomestiquesLes équipements de cuisson électriques

Niveau taxonomique 1Rédacteur Relecteur Chargé de cours

REY Ph. REY Ph. REY Ph.

Ver01 du 17-12-2014. Page 1 / 19

Lycée Régional MONTESQUIEU263 Chemin de Lucette. 84700 Sorgues.

Tel : 04.90.39.74.80


La cuisson par micro-ondes.

I- Introduction :

I- Les différents types de fours à micro-ondes : Ver01 du 17-12-2014. Page 2 / 19

L’histoire attribue la découverte des micro-ondes à Percy Spencer qui travaillait sur les ondes radar pour le Massachusetts Institut of Technology, le MIT, en 1945. Il aurait constaté qu'un morceau de chocolat, posé près d'un guide d'ondes s'était ramolli. Jugé intéressant, le procédé aurait été industrialisé sous la forme d'un engin de réchauffage professionnel pour restaurants.

D'autres affirment que c'est en Angleterre, en 1940, que le magnétron, le dispositif qui génère les micro-ondes, a été inventé.Le premier four micro-onde qui ne fut pas une réussite commerciale. Ces modèles primitifs étaient gigantesques et très chers : mesurant près d’un mètre de haut. Qui plus est, le tube magnétron devait être refroidi à l’eau, nécessitant des travaux de plomberie. En 1967, la société AMANA a révolutionné le monde culinaire en lançant le four à micro-ondes Radarange, le premier four à micro-ondes à usage domestique.

Amana Radarange

Le four à micro-ondes est introduit dans le marché français dans les années cinquante. A la différence des marchés américain et anglais, le four à micro-ondes avait du mal à s’imposer comme étant un outil indispensable pour la cuisine. C’est au début des années 80 avec l’apparition des produits surgelés qu’il a vu ses ventes augmenter rapidement car il est très pratique pour dégeler ou chauffer les aliments.


Le micro-ondes mono

Facile à prendre en main, ce micro–ondes est de mise pour une utilisation occasionnelle, principalement pour décongeler, réchauffer et cuire rapidement les aliments. Possibilité de déterminer le temps de chauffe, ainsi que la puissance du four, ou utiliser la programmation automatique (seulement présente sur certains modèles) qui effectuera ses propres réglages selon l’aliment dans le micro-ondes. C’est actuellement le plus répandu sur le marché, car le plus accessible en terme de budget et le plus facile à placer dans la cuisine.

Le micro-ondes grill

Aussi appelé micro-ondes duo, ce modèle dispose d’une fonction en plus de toutes celles de base incluses dans un micro-ondes mono : réaliser différents niveaux de cuisson. Très simple d’utilisation et dans un temps record, ce four à micro-ondes peut dorer, gratiner et même griller poulets,

brochettes, poissons, ou pommes de terre…D’ailleurs certains de ces micro-ondes peuvent, dans une certaine mesure, faire office de four pour réaliser des pâtisseries maison.

Le micro-ondes multifonctions

Ce modèle de four à micro-ondes est le plus élaboré et le plus complet sur le marché. Non seulement il permet de décongeler, réchauffer, cuire, faire griller, dorer ou gratiner mais aussi de faire rôtir ou encore de cuire les aliments à la vapeur. Aussi appelé combiné micro-ondes/four, il peut tout à fait supplanter un four traditionnel à convection. Très complet avec de nombreuses options et prenant peu de place, il faut cependant garder à l’esprit que sa capacité en terme de contenance ainsi que sa puissance sont inférieures à celles d’un four traditionnel.

III- Les principaux critères de choix :

3.1 La capacité : Exprimée en litres, la capacité d’accueil d’un micro-ondes varie entre 9L et 40L selon les modèles et les marques. Les besoins en capacité volumique dépendront de la composition du foyer et donc des habitudes de consommation alimentaires.

célibataire : 20L (mono ou duo) un couple sans enfant : 20L (mono ou duo) une famille de 4 : 22L (mono ou duo) une famille de 6 : 26L une famille de 10 : 34L

3.1 La puissance de chauffe : Ver01 du 17-12-2014. Page 3 / 19

Micro-ondes mono fonction

Micro-ondes grill

Micro-ondes Multi fonction


Exprimée en watts, la puissance d’un four à micro-ondes détermine la rapidité de cuisson et de décongélation des aliments. Plus l’appareil est puissant, plus le four est efficace en terme de cuisson et de rapidité. On compte traditionnellement 3 familles de puissance :

Le micro-ondes faible puissance : de 600 à 900 watts, ce type de puissance n’est réservé qu’à un usage occasionnel , qui sera par ailleurs de petite taille. 800 watts suffisent pour cuire la plupart des aliments.

Le micro-ondes moyenne puissance : entre 900 et 1200 watts, cette puissance donne surtout l’occasion d’avoir une cavité plus grande pour cuire, griller et gratiner les aliments.

Le micro-ondes forte puissance : cette puissance est nécessaire pour les familles nombreuses, la cavité étant plus grande, la puissance est plus élevée, ainsi que la décongélation et la cuisson.

IV- Le principe de cuisson :

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Ce type de cuisson est appelé chauffage par hyperfréquence. L’énergie électrique alimente le magnétron. Le magnétron génère les micro-ondes. Les micro-ondes sont un type de rayonnement énergétique comme peuvent l’être les ultraviolets ou les infrarouges.Les ondes produites sont ensuite guidées jusqu’à l’agitateur d’ondes ou brasseur d’ondes et pénètre dans l’enceinte métallique où se trouve l’aliment à chauffer.Une fois produite et dans l’enceinte métallique, les ondes vont atteindre les aliments. Elles vont y pénétrer et atteindre les molécules d’eau qui s’y trouve. Les molécules d’eau sous l’action des micro-ondes changent d’orientation et se frottent entre elles à une fréquence de 2450 MHz ( 2 450 000 000 fois par seconde). Cette friction des molécules entre elles libère de la chaleur. Exemple simple. Frotter ses mains produit de la chaleur. Il en est de même pour le mouvement des molécules d’eau.

Agitateur d’ondes Guide d’ondes

Cavité

Magnétron

Plateau tournant


V- Fréquence et longueur d’onde :

5.1 - Les ondes :

Les ondes matérielles utilisent un fluide ou un solide pour se propager (terre, eau, air) comme 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, l’eau. Un tremblement de terre (onde sismique).Les ondes électromagnétiques se déplacent sans support matériel. Ces ondes, comme leur nom l'indique, sont une combinaison de deux perturbations, l'une magnétique, l'autre électrique. Ces perturbations oscillent et se déplacent à la vitesse de la lumière. Leur propagation ressemble au déplacement d'une vague sur l'eau. Elles peuvent traverser le vide. Les applications les plus communes sont la télévision, le téléphone sans fil, le radar et la transmission satellite.

Une onde électromagnétique est définie par :

sa longueur d'onde (longueur d'une perturbation) en mètre sa fréquence (nombre de perturbations en 1 seconde) en hertz (Hz)

Deux bandes de fréquences sont réservées aux µondes :

890 à 940 MHz 32 < < 34 cm2400 à 2500 MHz 12 < < 12,5 cm

La fréquence d’émission des micro-ondes a été fixée par une réglementation internationale. Pour éviter toutes perturbations des émissions hertziennes, télécommunications ou radio, la fréquence des fours micro-ondes est de 2450 ΜHzLes ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière :

v 300 000 km/s

Donc comme la lumière ces ondes se propagent en vagues de longueur d’ondes (période spatiale).

Longueur d’onde λ (distance parcourue par le rayonnement dans le temps)

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Fréquence f (nombre de cycles par seconde).

C'est vers 1880 que le physicien Maxwell a démontré théoriquement le phénomène de transmission de l’énergie, y compris la chaleur et la lumière visible, par les ondes électromagnétiques. Chaque énergie est transmise à une certaine fréquence et l’ensemble de ces fréquences forme un spectre électromagnétique.

5.2 - Les ondes ionisantes : Ver01 du 17-12-2014. Page 6 / 19


5.3 - Les ondes non- ionisantes :

VI - Réglementation et sécurité :

Les micro-ondes font partie des rayonnements non ionisants. Par conséquent, il n’y a aucun effet radioactif. Les phénomènes radioactifs des rayonnements ionisants sont émis à des fréquences bien plus élevées.

En France, la norme tolère des rayonnements par fuite, à l’extérieur d’un four, d’une puissance de :

5 mW/cm2 à 5 cm de distance.

Il faut savoir que la majorité des fours fabriqués ne comportent aucune fuite. Dans l’éventualité de celle-ci, il est très rare qu’elle soit supérieure à 1,5 mW/cm2. Pour garantir un fonctionnement sans risques, les fours micro-ondes disposent de plusieurs dispositifs de sécurité :

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Les corps soumis à ces rayonnement vont voir apparaître des ions et leur structure chimique va être modifiée. Exemple du bronzage. Il ya un phénomène chimique et l’autre thermique. Le bronzage est provoqué par la modification une molécule de la peau la mélanine au contact des ultraviolets. Pour certaines ondes comme les rayons X, radioactifs les doses prises sur plusieurs fois s’ajoutent et continuent d’agir même privées de leur source. C’est dangereux.

La sensation de chaleur sur la peau est provoquée par d’autres ondes. Les infrarouges. D’un côté 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. Les corps ne sont pas modifiés on est dans le non-ionisant. A l’inversion du ionisant, il n’y a pas d’accumulation et le seul résidu d’onde est une élévation de température.

Impossibilité de faire fonctionner un appareil si la porte n’est pas verrouillée,

Le fait ouvrir la porte pendant le fonctionnement coupe l’alimentation électrique,

Pour éviter des fuites, la porte est dotée de plusieurs protections : o Un cadre d’ouverture est équipé d’un joint en

caoutchouc ferrite, qui agit en absorbeur dissipateur d’énergie résiduelle,

o Une grille qui forme une cage de Faraday avec l’enceinte de cuisson.

Vitre intérieure

Treillis métallique

Vitre extérieure


VII- Les principaux éléments d’un four micro-ondes :

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7.1. – Rôle des éléments dans l’appareil :

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Le transformateur HT

Il est constitué d’un enroulement primaire alimenté en BT 230V῀ et de deux enroulements secondaires. Un générant une TBT de 3,2V῀ pour l’alimentation du filament de chauffe du magnétron et l’autre générant une HT de 2100V῀pour l’alimentation du circuit doubleur de tension.

Diode HT

Associée au condensateur elle permet de convertir la Haute Tension alternative en tension négative. Montée en inverse du courant anodique du magnétron elle permet la décharge du condensateur.

Moto-ventilateur

Il permet :

- de refroidir le magnétron et le transformateur.- de renouveler l’air dans la cavité pour éviter les buées.- D’entrainer dans certains cas le brasseur d’ondes.

Condensateur HT

Constituant du circuit « doubleur de tension », le condensateur se charge à 2100 V῀ durant une ½ période.

Le magnétron

C’est un oscillateur émettant de l’énergie électromagnétique à une fréquence de 2400 MHz. Cette énergie haute fréquence est rayonnée dans la cavité du four pour être absorbée par les aliments.

Le thermostat fixe

Branché sur le circuit HT c’est un thermostat de sécurité à bilames à réarmement automatique fixé sur le magnétron. Il coupe l’alimentation du transformateur en cas de surchauffe du magnétron (T° ˃ 120°C)


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Micromoteur

Petit moteur synchrone qui entraine en rotation le plateau tournant en verre.

Protecteur d’ondes C’est une plaque de Mica formée principalement de silicate d'aluminium et de potassium dont la particularité est d'être résistante à la chaleur. Transformé sous forme de feuille, son rôle est de canaliser les ondes et de protéger l’antenne du magnétron des retours d’ondes.

Résistances quartz

Résistances de gril placées en haut et protégées par une grille ajourée qui permet de dorer les aliments en surface.

Plateau tournant

En verre trempé, il permet une cuisson homogène de l’aliment en le déplaçant dans la cavité afin de favoriser l’exposition au faisceau d’ondes.

Brasseur d’ondes

Aussi appelé répartiteur d’ondes il est placé en sortie du guide d’ondes et assure le brassage des ondes dans toutes les directions.

Commande mécanique

Minuterie électromécanique qui permet de sélectionner et gérer les modes et temps de cuisson.

Commande électronique

La cuisson est gérée par un microprocesseur qui détermine le temps, la quantité d’énergie et la puissance de chauffage en fonction des paramètres indiqués par l’utilisateur ou détectés par les différentes sondes.


VIII – Etude fonctionnelle :

8.1 Schéma fonctionnel A-0 :

8.2 Schéma fonctionnel partiel :

Un four à micro-ondes est constitué de 3 fonctions principales :

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Transformation de l’énergie électrique en

énergie électromagnétique

FP3

E1

E2

E4

E3

S1

S3

S2

Définition des entrées

E1 : Aliments à chaufferE2 : ProgrammationE3 : Energie électriqueE4 : Air ambiant

Définition des sorties

S1 : Aliments chauffésS2 : Visualisation fonctionnementS3 : Air vicié

Acquisition et traitement des informations

FP1

Gestion des sécurités

FP2

Création d’un flux d’air

FP4

DécongélationRéchauffageCuisson des

alimentsFP5

FP1

Secteur EDF


Une fonction Acquisition et traitement des informations (FP1) dont le rôle est d’alimenter en énergie électrique la fonction FP3 en fonction des sélections de l’utilisateur.

Une fonction de production d’ondes électromagnétiques (FP3) lorsqu’elle est alimentée par FP1.

Une fonction de répartition des ondes (FP5) dans laquelle les aliments sont placés.

8.2 E tude de la fonction FP1 : 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 qu’elle soit équivalente à un interrupteur.

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 Fp3 pour produire des ondes électromagnétiques.Cette fonction est réalisée avec 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.

- Technologie électronique pour les fours moyen et haut de gamme : un circuit intégré appelé microcontrôleur 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.…

8.3 E tude de la fonction FP3 : Production d’ondes électromagnétiques :

Cette fonction est la fonction de puissance de l’appareil. Elle génère des ondes électro-magnétiques 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, quel que soit le constructeur ou le niveau de performance de l’appareil.

8.3.1 Organisation fonctionnelle de FP3 :

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Élévation de la tension du secteur EDF

Doublage de la tension

Conversion de l’énergie électrique en



8.3.2 Schéma structurel associé :

8.3.3 Le circuit HAUTE TENSION :

FS3.1 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 2100V AC et l’autre pour abaisser à une tension de 3,2V AC.

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Élévation de la tension du secteur EDF

Doublage de la tension

Conversion de l’énergie électrique en


FP3

Fs3-1 Fs3-2 Fs3-3

Secteur EDF

Secteur EDF

Primaire Secondaire B.T

230V

HT

3,2V

Diode AK

Diode HTMagnétron

Condensateur HT

+

-


FS3-2 est réalisée par un condensateur associée à une diode. C’est le doubleur de tension.Le doubleur de tension transforme la tension alternative de 2100V du secondaire HT en une tension négative pulsée de 4000V.

FS3-3 est réalisée par un composant appelé magnétron. C’est un oscillateur émettant de l’énergie électromagnétique à 2450 MHz.

IX – Fonctionnement du doubleur de tension :

SCHÉMA DE PRINCIPE D’UN FOUR MICRO-ONDES

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Secondaire H.T

Circuit constitué par le secondaire HT d’un transformateur, d’une diode HT montée en inverse qui bloque les alternances négatives et d’un condensateur qui emmagasine et augmente la tension aux bornes du magnétron lorsqu’il se décharge.

Condensateur

Diode HT

Vers transformateur HT

Vers magnétron


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Anode Cathode

Doubleur de tension


Alternance secteur

Alternance positive Alternance négative

Secondaire HT et doubleur de tension

Diode HT

Passante Bloquée

Condensateur

Se charge Se décharge

Magnétron

Non alimenté alimenté

Tension aux bornes du magnétron 0V 4200V

X – Utilisation du plateau tournant :

10.1 Exemples de combinaisons :

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C’est en déplaçant les aliments dans le flux d’ondes que l’on obtient une cuisson homogène. L’utilisation du plateau tournant peut-être combiné au brasseur d’ondes ( STIRRER ).

http://www.cuponation.fr/blog/wp-content/uploads/2014/05/64c3bee5-7099-4c58-ad7f-613062b648df.jpg


X I– La puissance restituée :

C’est la puissance utile de l’appareil. La puissance utilisée pour le chauffage des aliments.

L’écart entre la puissance nominale et la puissance restituée vient du fait que l’on alimente aussi l’éclairage, le moteur du ventilateur, le moteur du plateau tournant etc…

X II– Les récipients :

12.1 Les matériaux à proscrire :

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Puissance nominale Puissance restituée

Le métalOn sait tous que le four micro-ondes et le métal ne font pas bon ménage. Tous les récipients métalliques (ou contenant des parties métalliques) sont à proscrire : plats inoxydables, barquettes et papier aluminium, louches en fer, moules à pâtisserie, simple couvert. Le métal peut créer des arcs électriques et détériorer votre four.

Le cristalLe cristal contient beaucoup de plomb, ce qui le rend impropre à la cuisson au four micro-ondes.

La terre cuite

La vaisselle en terre cuite est également inadaptée : elle absorbe les ondes et allonge les temps de cuisson.

Le plastique

Les récipients en plastique léger, non adaptés à une utilisation ‘micro-ondes’ pourraient fondre ou se déformer. Cherchez sur les récipients les indications annonçant qu’ils peuvent être utilisés dans un four micro-ondes.


12.2 Les matériaux à utiliser :

Il faut utiliser que des récipients en verre, en faïence non décorée, en porcelaine non décorée, certains plastiques et cartons.

Pour savoir si un plat peut être utilisé dans un four micro-ondes, faire l’expérience suivante : placer-le dans le four avec un verre d’eau. Chauffer à la puissance maximum pendant 1 minute. Si le plat est chaud et que l’eau est froide, cela signifie que le plat absorbe l’énergie des micro-ondes et qu’il ne doit pas être utilisé dans un four micro-ondes.

X III – Aspect commercial :

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RéfléchissantAbsorbantTransparent


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