Fréquence de résonance de l'eau

[le fouineur]

Bonjour à tous,

J'ai une question assez précise de physique générale et plus particulièrement de physique appliquée aux effets produits par l'émission de micro-ondes sur l'eau, les gouttes d'eau et la vapeur d'eau. Ma question est la suivante: Existe t'il plusieurs fréquences de résonnance de l'eau par effet des micro-ondes?, si oui quelles sont elles et plus précisément quelle est leur efficacité énergétique d'intéraction avec l'eau dans les trois cas que j'ai mentionné plus haut. Evidemment j'attends plus que la réponse triviale: "une des fréquences est 2.45GHz", fréquence d'émission totalement proscrite aux radars qui seraient bien évidemment rendus inutilisables par temps de pluie....ou même de simple brouillard! J'ai bien une idée derrière la tête qui motive cette question mais je peux vous garantir qu'elle n'a absolument rien à voir avec les radars. Et pour ceux qui me connaîssent un peu, je ne fais jamais quelque chose gratuitement, en l'occurence poser ici une question assez précise...Si je ne donne pas immédiatement la raison de ma requête, c'est parce que j'estime qu'elle pourrait malencontreusement influencer la ou les réponses qui me seraient apportées.Mais je m'engage formellement à en informer la communauté dès qu'une réponse me sera fournie et même de prolonger la discussion avec mes arguments sur ce thème.

Cordialement le fouineur
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[Black Jack 2]

Bonjour,

La fréquence de 2,45 GHz utilisée par nos fours n'est pas une fréquence de résonance de l'eau.
À 2,45 GHz, les molécules tournent mais avec un léger retard par rapport au champ, ce qui crée une friction interne et dégage de la chaleur.

Il y a des fréquences de résonance de l'eau : 22,2 GHz, 183,3 GHz, 323,8 GHz

Si on utilisait 22,2 GHz (par exemple) dans les fours, seule la surface des aliments chaufferait à cause de la faible épaisseur de pénétration (de seulement quelques mm)

[bibifikotin]

Bonjour le fouineur,
J'ai du mal à ...retrouver les "..... dans les trois cas que j'ai mentionné plus haut... "
Il est ou le "plus haut" dans....cette demande ?.
Bonne soirée

[coussin]

En effet, il me semble que les micro-ondes excitent des transitions rotationnelles des molécules d'eau. À noter que les micro-ondes dans nos fours sont très large bandes. Donc ça excite toute une floppée d'états rotationnels et vibrationnels.

[A voir en vidéo sur Futura]

[le fouineur]

Bonsoir à tous les trois et merci d'avoir répondu aussi vite à ma question,

@bibifikotin: je veux simplement parler des trois états de l'eau exprimés à la fin de la première ligne de mon post; à savoir l'état liquide, celui en gouttes ou goutelettes et enfin celui en état de vapeur.
@coussin: je crois que la fréquence est fixée par les dimensions des cavités résonnantes et celle du tube à vide mais je n'en suis pas sûr, quand à déborder sûr une bande de fréquence, cela me semble possible mais cela dépend de la puissance du tube à mon avis. J'attends des explications complémentaires de la part de Black Jack 2, qui visiblement maîtrise beaucoup plus le sujet que moi.
@Black Jack 2: ta réponse est intéressante et argumentée mais je me félicite d'avoir été discret sur l'origine de ma question car je vais apporter au forum une information inconnue du grand public, je prépare donc mon message.

Cordialement le fouineur

[Gwinver]

Bonsoir.
Le mieux est probablement d'aller chercher un peu de documentation.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Four_à_micro-ondes

Il y a une partie sur le magnétron, et éventuellement la possibilité d'aller voir un article encore plus détaillé.
Le mécanisme de chauffage de l'alimentation est aussi donné, et, comme déjà mentionné, il n'y a pas de resonnance de l'eau à 2.45 GHz.

Pour ce qui est de "déborder de la bande de fréquence", la bande de fréquence de 2.45 GHz a été choisie au niveau mondial parce qu'au moment de cette expression de besoin, il était possible de libérer cette fréquence. En fait une bande de fréquence qui correspond à celle du WIFI grand public.
Cette bande est aussi utilisée par le Bluetooth. C'est une bande de fréquence avec un statut permettant des utilisations à faible puisssance émise : 200 mW maximum.
Les dispositifs fonctionnant dans cette bande doivent respecter des contraintes concernant les émissions éventuelles en dehors de cette bande.
Le four est blindé pour éviter aux émissions trop puissantes d'en sortir.

Il s'agit d'une bande ISM : Instrumentation Scientifique et Médicale définie par l'UIT pour différents usages.

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r...7-S!!PDF-F.pdf

[GBo]

Bonsoir.
Le mécanisme de chauffage de l'alimentation est aussi donné, et, comme déjà mentionné, il n'y a pas de resonnance de l'eau à 2.45 GHz.

D'ailleurs il y a des fours micro-onde industriels à 915MHz pour la pasteurisation, cuire le bacon etc... :
https://industrialmicrowave.com/915m...owave-systems/
Ca pénètre mieux qu'à 2.5 GHz, c'est connu, mais trop encombrant pour sa cuisine.

[bibifikotin]

Remoi, Reste à définir ce qu'on entend par...large bande !!
Un magnétron est un auto oscillateur NON piloté....mais la fréquence d'émission
reste plus ou moins stable pour ne pas aller empiéter les fréquences adjacentes.
Le "pilotage" d'une fréquence définie se fait à l'aide ( de nos jours ) à l'aide
d'oscillateur ASSERVIS afin de garantir la stabilité en fréquence.
Ce qui est inutile si ce n'est que pour produire des ...calories (tout en restant dans les limites
de la bande de fréquence autorisée)
Avec une moyenne de 500 watts haute fréquence...vaut mieux que ça reste confiné.
Heureusement l'utilisation d'un MO est relativement bréve....ce qui géne un peu moins
le "voisin"= WiFi !!
Bonne journée

[bibifikotin]

Bonjour le fouineur,
"....savoir l'état liquide, celui en gouttes ou goutelettes et enfin celui en état de vapeur..."

Gouttes et goutelettes....c'est toujours de l'état ...liquide. Seule la "forme " du liquide change
Les 3 états de l'eau ( que je connaisse) :
glace, liquide, vapeur.
Bonne journée

[stefjm]

Cette bande est aussi utilisée par le Bluetooth. C'est une bande de fréquence avec un statut permettant des utilisations à faible puisssance émise : 200 mW maximum.
Les dispositifs fonctionnant dans cette bande doivent respecter des contraintes concernant les émissions éventuelles en dehors de cette bande.

Le Zigbee aussi.

[coussin]

Ce que j'entendais par large bande : tout simplement un magnétron n'est pas un laser Et vues les différences d'énergie entre états rovibrationnels de la molécule d'eau...

Mais quel est le sujet de ce fil ? Parce que le mécanisme principal de chauffe dans un four micro-ondes a peu à voir avec la molécule d'eau. C'est avant tout un phénomène de chauffe diélectrique (j'ai oublié le nom exact...). Les micro-ondes excitent en fait tout ce qui est polaire.

[Gwinver]

Il existe effectivement plusieurs systèmes de chauffage.

Le chauffage diélectrique en est un, cela concerne essentiellement des matériaux isolants et ce sont les pertes diélectriques qui provoquent l'échauffement.

https://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_heating

Les fréquences utilisées sont plus basse que le 2.45 GHz même si ce phénomène peut aussi se passer aux fréquences très élevées.

Pour le four micro-onde à 2.45 GHz, toute molécule polaire peut participer au chauffage, l'eau est considérée comme étant la source dominante.

[polo974]

Bonsoir à tous les trois et merci d'avoir répondu aussi vite à ma question,

... je veux simplement parler des trois états de l'eau ...

Cordialement le fouineur

En fait, il y en a 5 (solide, liquide, gaz, supercritique et plasma)...

[ThM55]

Et "résonance" ne prend qu'un seul n. Un plasma d'eau? Je ne suis pas sûr que ce soit encore de l'eau .

[bibifikotin]

Ce que j'entendais par large bande : tout simplement un magnétron n'est pas un laser Et vues les différences d'énergie entre états rovibrationnels de la molécule d'eau...

Mais quel est le sujet de ce fil ? .

Comme il est dit parfois...."bonne question"......mais pour l'instant c'esr ..top secret !!!

"....Si je ne donne pas immédiatement la raison de ma requête..." (message number one )
Va donc falloir....attendre !!

super critiquen, plasma....ca doit pas se rencontrer...souvent dans le milieu naturel
Bonne soirée

[le fouineur]

Bonsoir à tous,

Je reviens vers vous, le message de GBo me coupe l'herbe sous le pied et il confirme celui de Black Jack 2, c'est très exactement là ou je voulais faire bifurquer le sujet car j'ai eu à trois reprises en maintenance industrielle à intervenir sur un four de 25kW et de fréquence 915MHz (pas sur la partie magnétron, c'est l'automate et l'interface de commande qui posaient problème) et quand j'ai constaté sur le manuel d'atelier que sa fréquence nominale valait 915 MHz je me suis frotté les yeux pour me convaincre que je ne rêvais pas....Et oui, je ne sors probablement pas suffisament le dimanche et pour moi, un magnétron dans l'agro-alimentaire devait obligatoirement fonctionner à 2.45GHz c'est pourquoi je souhaiterai que GBo revienne dans la dicussion pour nous en dire plus... En particulier sur le lien entre les dimensions d'un magnétron et sa fréquence.D'autre part, il me semble irréaliste de vouloir fabriquer un magnétron de cette puissance (25kW) à la fréquence indiquée par Black Jack 2 (183.3GHz)
Je serai également intérressé de savoir pourquoi il y a plusieurs fréquences succeptibles de chauffer l'eau.

En attendant vos réponses... Cordialement le fouineur

[Black Jack 2]

Bonjour,

Quelques info sur les fréquences que j'ai mentionnées dans mon premier message :

1. 22,2 GHz (pic "rotationel")

C'est une transition pure de rotation de la molécule de vapeur d'eau. C'est le pic le plus bas en fréquence.
Signification : À cette fréquence, le champ électromagnétique correspond précisément à l'énergie nécessaire pour faire "basculer" la molécule d'eau d'un état de rotation à un autre. C'est très utilisé en radioastronomie et en météorologie pour mesurer la vapeur d'eau dans l'atmosphère.

2. 183,3 GHz

Il s'agit d'une transition de rotation de haute énergie, également appelée raie d'absorption de la vapeur d'eau.
Signification : Cela correspond à un mode de vibration plus intense. La molécule tourne beaucoup plus vite et absorbe fortement l'énergie à cette fréquence, rendant l'air très opaque à ces ondes.

3. 323,8 GHz

C'est un autre pic d'absorption rotative supérieur.
Signification : Ces fréquences (183, 323 GHz) sont dans l'infrarouge lointain / THz (Térahertz). Elles correspondent à des résonances très spécifiques de la molécule H₂O lorsqu'elle est isolée (vapeur).
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Pour le 915 MHz utilisé dans beaucoup de fours industriels.

Ce n'est pas une fréquence de résonance de l'eau.

Pourquoi l'utilise-t-on en industriel :

Meilleure pénétration : La principale raison est que la fréquence de 915 MHz a une meilleure profondeur de pénétration dans les aliments que la fréquence de 2,45 GHz. Cela signifie que l'énergie des micro-ondes peut atteindre plus profondément à l'intérieur des aliments, ce qui est particulièrement important pour le traitement de gros volumes ou de produits denses.

Chauffage plus uniforme : En raison de la meilleure pénétration, le chauffage est souvent plus uniforme, ce qui est crucial pour les applications industrielles où la qualité et la consistance du produit sont primordiales. Cela réduit les risques de "points chauds" ou de zones insuffisamment chauffées.

Applications spécifiques : La fréquence de 915 MHz est particulièrement adaptée à certaines applications industrielles, telles que :
Décongélation de gros blocs de viande ou de poisson : La pénétration plus profonde permet de décongeler les aliments plus rapidement et uniformément, réduisant ainsi le risque de développement bactérien.

Séchage industriel : Utilisée pour sécher des matériaux comme le bois, le textile ou les produits pharmaceutiques.
Pasteurisation et stérilisation : Pour le traitement thermique des aliments liquides ou semi-liquides.
Traitement des polymères : Pour le chauffage et le durcissement des plastiques.

[GBo]

Voilà. Et pour compléter, en RF, la taille des composants (cavité résonante, guide d'onde etc...) est fonction la longueur d'onde (qui est 2.7 fois plus grande à 915 MHz qu'à 2.45 GHz). Avec une onde de 33 cm, il faut une enceinte beaucoup plus grande (donc de gros fours ou tunnels de séchage industriels).

[Gwinver]

Il existe beaucoup de composants susceptibles de fournir de la puissance en micro ondes.

Le Klystron par exemple :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Klystr...r%20rendement.

[Antoane]

Bonjour,

https://en.wikipedia.org/wiki/Electr...nd_radio_waves
donne un spectre d'absorbtion entre 300MHz et 2THz, en fonction de la température (on trouve pour les fréquences supérieures aillerus sur la page), pour l'eau liquide :

[bibifikotin]

Bonjour le fouineur,
"'.....D'autre part, il me semble irréaliste de vouloir fabriquer un magnétron de cette puissance (25kW) à la fréquence indiquée par Black Jack 2 (183.3GHz)
Je serai également intérressé de savoir pourquoi il y a plusieurs fréquences succeptibles de chauffer l'eau...."
La question est plus tot:...Pourquoi s'em...béter à faire compliqué si ça marche avec plus simple !
18 3 Ghz pas facile à produire et fort couteux dans l'état actuel des conaissances.
Le choix de ( des ) fréquences pourrait etre fort différent, c'est le législateur qui à fixé celles que l'on peut utiliser SANS perturber les autres utilisateurs.
Donc des fréquences bien spécifiques et autorisées pour l'usage en question.
Nota on peut coupler plusieurs "émetteurs" de base pour obtenir de fortes puissances. Et non pas UN seul "émetteur" de 25 kw.
Les tubes de puissances de cet ordre là ( et au delà ) sont concurencés par le multi petits modules qui de débrochent de l'équipement facilement. Maintenance plus facile.
Bonne jounrée

[Gwinver]

Le législateur a plutôt réservé certaines bandes de fréquences aux usages généraux, comme la bande ISM.
Mais, l'utilisateur peut utiliser n'importe quelle fréquence à partir du moment où les émissions sont en dessous des normes.