Pour quelles raisons le métal placé au micro-ondes produit-il des étincelles ?

Enlever les cuillères des bols et les emballages en aluminium avant de mettre en route le four micro-ondes, des conseils que l’on a tous entendus au moins une fois. La présence d’objets métalliques dans l’appareil peut, en effet, produire d’importantes étincelles, voire parfois déclencher de micro-feux. Mais pour quelles raisons les matériaux métalliques déclenchent-ils ce genre de réaction lorsqu’ils sont exposés aux micro-ondes ?

Le petit four repose sur un appareil appelé magnétron, un tube à vide à travers lequel un champ magnétique est amené à circuler. L’appareil fait tourner des électrons et produit des ondes électromagnétiques à une fréquence de 2.5 gigahertz, explique Aaron Slepkov, physicien à l’Université Trent en Ontario.

Pour chaque matériau, il existe des fréquences particulières auxquelles il absorbe particulièrement bien la lumière et 2.5 gigahertz se trouvent être cette fréquence pour l’eau. Puisque la plupart des choses que nous mangeons sont remplies d’eau, ces aliments absorbent l’énergie des micro-ondes et se réchauffent.

Fait intéressant, 2.5 gigahertz n’est pas la fréquence la plus efficace pour réchauffer l’eau, indique Slepkov. C’est parce que la société qui a inventé le micro-ondes, Raytheon, a remarqué que les fréquences les plus efficaces étaient en réalité bien trop thermiquement efficaces. Les molécules d’eau dans la couche supérieure de quelque chose comme la soupe absorberaient toute la chaleur, donc seuls les premiers nanomètres bouilliraient et laisseraient l’eau du dessous froide.

Étincelles et four micro-ondes : l’importance de la géométrie des métaux

Lorsque les micro-ondes interagissent avec un matériau métallique, les électrons à la surface du matériau sont éparpillés. Cela ne pose aucun problème si le métal est lisse partout. Mais là où il y a un bord, comme les dents d’une fourche, les charges peuvent s’accumuler et entraîner une forte concentration de tension électrique. « Si elle suffisamment élevée, elle peut arracher un électron d’une molécule dans l’air, créant une étincelle et une molécule ionisée (ou chargée) », explique Slepkov.

Vidéo expliquant comment les charges électriques s’accumulent sous l’effet des micro-ondes :

Les particules ionisées absorbent les micro-ondes encore plus fortement que l’eau, donc une fois qu’une étincelle apparaît, plus de micro-ondes seront absorbées, ionisant encore plus de molécules, nourrissant toujours plus l’étincelle. Habituellement, un tel événement ne peut se produire que dans un objet métallique aux bords rugueux. C’est pourquoi « si vous prenez du papier d’aluminium et le placez en un disque bien plat, cela pourrait ne rien faire du tout. Mais si vous le froissez en une boule, une étincelle se déclenche rapidement ».

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Des demi-raisins à l’origine d’éjections de plasma

Les métaux ne sont pas les seuls objets qui peuvent générer une étincelle dans un micro-ondes. Des vidéos virales sur Internet ont également montré des raisins coupés en deux produisant des étincelles spectaculaires de plasma, un gaz de particules chargées. Diverses personnes avaient cherché une explication, suggérant que cela avait à voir avec une accumulation de charge électrique comme dans un métal. Mais Slepkov et ses collègues ont effectué des tests pour clarifier le phénomène.

En remplissant les sphères d’hydrogel — un polymère superabsorbant utilisé dans les couches jetables — avec de l’eau, les chercheurs ont appris que la géométrie était le facteur le plus important pour générer des étincelles dans des objets ressemblant à des raisins. Les sphères de la taille du raisin se sont avérées être des concentrateurs de micro-ondes particulièrement excellents.

La taille des raisins a fait que le rayonnement micro-ondes s’est accumulé à l’intérieur des minuscules fruits, entraînant finalement suffisamment d’énergie pour extraire un électron du sodium ou du potassium à l’intérieur du raisin, créant une étincelle qui s’est transformée en plasma.

L’équipe a répété l’expérience avec des œufs de caille — qui ont à peu près la même taille que les raisins — d’abord avec leurs intérieurs naturels, puis avec le liquide drainé. Les œufs remplis de liquide biologique ont généré des points chauds, tandis que les œufs vides ne l’ont pas fait, indiquant que pour reproduire l’étincelle émergente du métal, il fallait une chambre aqueuse de la taille d’un raisin.