BISTABILITE EN CHAUFFAGE MICROONDE. REALITE ET CONSEQUENCES

Imad R. ZAHREDDINE

Le travail présenté dans ce mémoire s’intègre dans l’axe de recherches plus  général du groupe Dynamiques et Réactivités sous IRRadiation Micro-ondes, animé par D. Stuerga, et intégré à l’équipe de recherches Modélisations des Systèmes complexes dirigée par M. Lallemant. Cette thématique à vocation transdisciplinaire a pour objectif l’étude et la compréhension des couplages entre les processus physiques mis nécessairement an jeu lors de tous traitements utilisant la conversion thermique de l’énergie microonde. Parmi les processus physiques mis  en jeu on retrouve les processus électromagnétiques mais également et obligatoirement le couplage des processus électromagnétiques avec les processus thermiques, hydrodynamiques et chimiques. La problématique centrale autour de laquelle s’articule cette thématique est que la mise en ouevre raisonnée de la technologie microonde, ainsi que l’optimisation de la conversion thermique de l’énergie électromagnétique pour un procédé donné quel qu’il soit implique nécessairement et obligatoirement d’appréhender avec rigueur ces couplages entre processus physiques. La reichesse et l’universalité des dynamiques d’évolution prévisibles et rencontrées en seront les conséquences et les résultantes directes.

Les microondes ou hyperfréquences occupent dans le spectre des ondes électromagnétiques, une zone de transition entre les ondes hertziennes dont les longueur d’onde sont supérieures au mètre et le spectre infrarouge qui s’assortit déjà aux méthodes de l’optique. Leur domaine de longueur s’étend donc de quelaues décimètres au millimètre, et aucune des simplifications classiques à savoir la longueur d’onde infiniment petite (optique géométrique) ou grande (théorie des circuits) devant les dimensions des circuits ne peut être appliquées dans les calculs.

Une des propriétés remarquable des microodes pour les traitements thermiques est leur aptitude à générer un chauffage volumique résultant de la conversion thermique de l’énergie électromagnétiqque. Ceci est une conséquence directe de leur longueur qui est l’échelle des objets de la vie courante. Les microondes fournissent donc un facteur de remplissage optimal des objets de  taille décimétriques, ce qui explique la possibilité d’atteindre des rendements énergétiques très éleveés dans les processus d’échauffement de matériaux. Encore faut-il que celui-ci ait des pertes diélectriques à la fréquenc correspondante.

La spécifité éventuelle du chauffage microonde comparé au chauffage classique ou conductif  est sa soumission à l’évolution avec la température de la partie imaginaire de la permittivité diélectrique complexe ou pertes diélectriquesєεє. Cette spécificité apparaît clairement sur l’organigramme décrit par la figure 2. L’énergie appliquée conduit au travers des propriétés diélectriques à une énergie dissipée. L’énergie dissipée dans tout matériau dissipatif est proportionelle à l’intégrale sur le volume de celui-ci, du produit du carré du module du champ électrique appliqué par les pertes diélectriques. L’énergie dissipée pourra donc évoluer considérablement au cours du chauffage selon la dépendance thermique des pertes diélectriques. Selon que la dépendance est donc totalement conditionnée par la variation des propriétés diélectriques avec la température, thermique est négative ou positive, le système est auto-régulé ou susceptible de conduire à des emballements thermiques. La dynamique des échauffements obtenus sous irradiation microonde variation qui n’a aucune commune mesure avec celle des propriétés thermiques.