Quelle est la première chose qui vous vient à l’esprit lorsque vous entendez le terme « Micro-ondes? »Eh bien, ce doit être le four à micro-ondes que vous avez peut-être utilisé récemment pour réchauffer ou cuire des aliments. Un four à micro-ondes est en effet l’application la plus populaire du rayonnement micro-ondes; cependant, si vous pensez que la cuisine est la seule chose pour laquelle les micro-ondes sont bénéfiques, vous sous-évaluez largement leur importance dans notre vie quotidienne. Avant de discuter d’autres utilisations des micro-ondes, comprenons d’abord ce que nous entendons par le terme « Micro-ondes? »La lumière visible qui nous permet de voir les choses présentes autour de nous fait partie du spectre électromagnétique qui contient plusieurs autres types de rayonnements. Essentiellement, tous les rayonnements EM sont des ondes électriques et magnétiques transversales se déplaçant à la vitesse de la lumière (uniquement dans l’espace libre) avec des fréquences et des longueurs d’onde différentes. Les micro-ondes sont l’un de ces rayonnements EM dont la longueur d’onde se situe entre {10} ^{-3} et {10}^{-1} mètres, d’où le nom de « micro-ondes. » Les fréquences correspondantes se situent entre la plage de {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, ce qui signifie que les micro-ondes sont plus énergétiques et qu’elles sont donc plus appropriées pour transporter des signaux avec moins d’atténuation dans une plage éloignée. De telles dimensions ont rendu les micro-ondes utilisables dans plusieurs applications au fil du temps. Jetons un coup d’œil à quelques utilisations des micro-ondes:

1. Communication Sans Fil

La communication sans fil est l’une des merveilles les plus remarquables de la technologie des micro-ondes. Essayons de comprendre comment les micro-ondes aident à transmettre des données dans le monde entier. Chaque fois que vous utilisez votre téléphone portable (ou d’autres appareils sans fil tels que des ordinateurs portables, des tablettes, etc.), que ce soit pour Internet ou pour passer un appel vocal, il envoie ou reçoit des informations sous forme de radiations micro-ondes invisibles. Ces micro-ondes sont captées par l’antenne cellulaire, transmises vers l’antenne destinataire, puis enfin vers l’utilisateur final. Plus de la moitié de la transmission mobile dans le monde se fait sur des liaisons de réseau micro-ondes sécurisées. La rentabilité est l’une des particularités les plus importantes qui fait des micro-ondes une option préférable pour la communication sans fil parmi le spectre EM. Les micro-ondes sont moins chers à générer, beaucoup plus rapides à installer et presque aussi sûrs que la transmission par câble. En raison de leur faible atténuation, les micro-ondes peuvent voyager efficacement dans l’air, la fumée, la pluie ou le gel; cependant, leur portée est limitée par la courbure de la terre car les micro-ondes sont une technologie de visibilité directe. Ce problème est rencontré en incorporant des fibres optiques dans le procédé de transmission. La fibre optique permet de transmettre les données aux régions où les micro-ondes sont insuffisantes en raison de la courbure de la terre, ou aux zones où les montagnes peuvent causer l’obstacle. Sur des distances de courte portée (quelques kilomètres), les liaisons micro-ondes peuvent fournir des gigabits de capacité, suffisamment pour que des millions de personnes téléchargent simultanément un message Facebook. Voici la liste des quelques technologies de communication à base de micro-ondes que vous pouvez rencontrer dans votre vie quotidienne.

• Bluetooth

• GSM, 2G à 4G.

• Systèmes Haut débit sans fil (Wi-Fi)

• Réseaux locaux sans fil (WLAN)

• Transmission de radiodiffusion extérieure (p. ex. Fourgons de nouvelles)

• Relier les centraux téléphoniques distants et régionaux aux centraux principaux sans avoir besoin de lignes cuivre/fibre optique

• Système d’Adressage et de rapport des Communications des Aéronefs (ACARS)

• Antenne parabolique

• Systèmes de Communication d’Engins Spatiaux

2. Navigation

Depuis des siècles, l’humanité a développé plusieurs méthodes pour apporter une précision à sa perception de la position géologique et de la navigation. Grâce aux systèmes de navigation par satellite (satnav), les humains ne comptent plus sur les étoiles pour les guider à travers un terrain inconnu. Beaucoup d’entre nous sont familiers avec le Système de positionnement mondial (GPS) qui localise notre position sur terre. Il s’agit d’un système en trois parties comprenant des satellites, des stations au sol et des récepteurs. Le GPS utilise des micro-ondes, chaque signal ayant une fréquence, une longueur d’onde, une amplitude, une phase ou une combinaison unique de ces paramètres. Les signaux hyperfréquences émis par ces satellites sont utilisés pour calculer leur distance l’un de l’autre (au moins trois satellites), ainsi que de l’appareil dont ils mesurent l’emplacement. Ce processus est connu sous le nom de trilatération. De nos jours, il existe plusieurs systèmes satnav régionaux comme le GPS américain, le NAVIC indien, le GLONASS russe, le Système de navigation BieDuo Chinois, le Galileo de l’Union Européenne, etc.

3. Radar

La technologie des micro-ondes fait partie intégrante de plusieurs applications militaires depuis le début de la Seconde Guerre mondiale. En fait, la technologie des micro-ondes est largement considérée comme quelque chose qui a changé le cours de la Seconde Guerre mondiale. En particulier, le dispositif qui incorporait la technologie des micro-ondes était le radar (détection et télémétrie radio). Il s’agit d’une technique de radiolocalisation dans laquelle un faisceau d’ondes radio est émis et rappelé après avoir rebondi de tout obstacle sur le chemin. Avant la Seconde Guerre mondiale, les ondes radio à ondes courtes, avec des fréquences allant de 3 à 30 MHz, étaient utilisées pour la détection d’avions, de navires et d’autres navires d’artillerie. Avec les progrès de la technologie de l’armée de l’air, ces fréquences n’étaient pas si efficaces pour la défense. Bien que les micro-ondes à longue portée aient été découvertes bien avant la Seconde Guerre mondiale, les outils nécessaires à leur génération n’étaient disponibles qu’en 1920, lorsque Albert Hull, un physicien américain, découvrit pour la première fois le magnétron à cavité. Le magnétron de Coque a été testé comme amplificateur dans les récepteurs radio et également comme oscillateur basse fréquence. Il a été constaté qu’il générait une puissance de 15 kW à une fréquence de 20 kHz. Pendant la Seconde Guerre mondiale, John Randall et Harry Boot ont construit le magnétron à cavité moderne basé sur le concept de Hull, le premier appareil capable de produire des fréquences hyperfréquences de haute puissance, ce qui a abouti à un radar à bande centimétrique. De nos jours, sa technologie est utilisée dans plusieurs secteurs de diverses industries, y compris la localisation des aéronefs, la navigation dans le trafic maritime, par les météorologues pour les opérations de prévision météorologique, ainsi que par les forces de l’ordre pour contrôler les véhicules en survitesse en mesurant l’effet doppler.

4. Spectroscopie

La spectroscopie est une technique analytique principalement basée sur l’interaction de la matière avec les rayonnements EM. C’est l’un des outils les plus importants pour comprendre la structure et le comportement des molécules. Les atomes et les molécules changent d’état lorsqu’ils interagissent avec les rayonnements EM. Le changement peut être observé comme l’émission de photons, provoquant une modification de certaines des propriétés spécifiques de l’atome ou de la molécule à l’étude. L’utilisation des micro-ondes pour la spectroscopie concerne principalement la transition des niveaux d’énergie de rotation dans les molécules; cependant, seules les molécules avec un dipôle permanent qui change lors de la rotation peuvent être étudiées en utilisant la spectroscopie micro-ondes. En effet, il doit y avoir une différence de charge à travers la molécule pour que le champ oscillant du photon donne un couple à la molécule autour d’un axe perpendiculaire à ce dipôle et passant par le centre de masse de la molécule. La spectroscopie micro-ondes utilise les photons dans la région micro-ondes pour provoquer des transitions entre les niveaux d’énergie de rotation quantique des molécules. L’une des techniques de spectroscopie les plus utilisées intégrant la fréquence hyperfréquence est:

ESR ou EPR: La résonance de spin électronique, également connue sous le nom de Résonance paramagnétique électronique, est une technique de spectroscopie utilisée pour étudier les molécules avec des électrons non appariés. Lorsqu’un champ magnétique est appliqué à un tel électron, il exerce un couple sur le moment dipolaire de l’électron (le moment dipolaire de l’électron provient du moment angulaire intrinsèque, ou « spin » de l’électron). Ce couple provoque la division des raies spectrales autrement pointues associées au nombre quantique principal n en plusieurs raies étroitement espacées associées au nombre quantique de spin, spécifiant l’orientation de l’électron dans l’espace (effet Zeeman). Lorsque des micro-ondes sont appliquées à un tel système, un photon micro-onde est absorbé par l’électron, provoquant la transition entre deux états quantiques de spin, satisfaisant la condition de résonance. Il aide à la détermination du facteur g de Lande en mesurant le champ et la fréquence à laquelle la résonance se produit, ce qui donne des informations sur la nature de l’orbitale atomique ou moléculaire contenant l’électron non apparié.

5. Radioastronomie

Depuis l’aube de la civilisation humaine, nos ancêtres étaient fascinés par les minuscules objets étincelants présents dans le ciel nocturne, que nous classons maintenant comme des objets célestes (par exemple, étoiles, planètes, lunes, astéroïdes, etc.). Grâce à la technologie des micro-ondes, nous pouvons élargir la portée de notre compréhension, non seulement au présent mais aussi au passé de notre univers. La plupart d’entre nous sont familiers avec la statique, ou le bruit (pixels noirs et blancs dansant au hasard), que nous voyons sur un écran de télévision analogique lorsqu’il n’y a pas de signal spécifique traversant l’antenne parabolique. En tenant compte de toutes les interférences qui peuvent se produire dans l’atmosphère, une quantité importante du signal pour lequel ce compte statique est les ondes électromagnétiques qui tombent sous la région hyperfréquence du spectre. Quelle est la source de ces micro-ondes? Eh bien, cela peut vous surprendre, mais une partie de cette statique est une image de notre univers nouvellement né.

La meilleure compréhension que nous ayons de l’origine de notre univers passe par la Théorie du Big Bang. Lorsque le Big Bang s’est produit il y a 13,8 milliards d’années, l’univers entier a vu le jour sous la forme d’une goutte d’une énorme quantité d’énergie. Environ 400 000 ans plus tard, c’était une sphère chaude et dense de plasma suralimenté avec plusieurs milliers de degrés de température. Tout comme chaque chose chaude émet de la lumière, ce plasma ionique superhot émettait également des rayonnements EM et comme la température était trop élevée pour que des atomes neutres se forment, ces rayonnements EM ne pouvaient pas voyager très loin avant de rencontrer un électron et de rebondir. Lorsque cette température s’est refroidie sous la barre des 3000K ∼, les atomes neutres ont commencé à se former, permettant au rayonnement EM précédemment piégé de s’étendre jusqu’à l’univers. La longueur d’onde du rayonnement EM change au fur et à mesure qu’ils traversent l’univers en expansion (décalage vers le rouge cosmologique). Compte tenu de 13 milliards d’années d’expansion, cette lumière piégée est maintenant présente partout dans l’univers sous forme de rayonnement de fond cosmologique Micro-ondes (la lumière la plus ancienne de l’univers). En 2003, la Sonde d’anisotropie micro-ondes de Wilkinson (WMAP) a cartographié le motif des minuscules fluctuations du rayonnement du fond micro-ondes cosmique (CMB) et a produit la première carte complète du ciel à résolution fine (0,2 degré) du ciel micro-ondes. La découverte du rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques, considéré comme une preuve de la théorie du Big Bang, a été faite grâce à la radioastronomie. En plus de recevoir un rayonnement micro-ondes naturel, des radiotélescopes ont été utilisés dans des expériences radar actives pour faire rebondir les micro-ondes sur les planètes du système solaire, pour déterminer la distance à la Lune ou cartographier la surface invisible de Vénus à travers la couverture nuageuse.

6. Ablation par micro-ondes

Du point de vue des micro-ondes étant de nature non ionisante, elles peuvent être utilisées en toute sécurité pour des applications médicinales. Ils ont une énergie suffisamment importante pour pénétrer le tissu sans lui causer de dommages. L’une des applications les plus importantes des micro-ondes dans le domaine de la médecine est l’ablation par micro-ondes (l’ablation est un terme utilisé en médecine pour décrire l’ablation de tissus par chirurgie ou par des techniques moins invasives). C’est une forme de radiographie interventionnelle qui aide au traitement des tumeurs bénignes et du cancer. Dans ce processus, l’énergie micro-ondes est utilisée pour créer un chauffage diélectrique localisé afin de dessécher les tissus indésirables. Les domaines d’application médicaux courants comprennent l’oncologie, la cardiologie, la gynécologie, la rhizotomie, l’oto-rhino-laryngologie (ORL), l’ophtalmologie, les traitements cosmétiques et les traitements dentaires. Les patients cancéreux qui sont de mauvais candidats chirurgicaux peuvent également bénéficier de l’ablation par micro-ondes car elle est peu invasive. Un autre facteur important est la disponibilité d’une fréquence qui peut être décidée en fonction de la taille de la tumeur; cependant, tout en utilisant des micro-ondes pour traiter n’importe quelle condition, il est essentiel de prendre en compte les propriétés diélectriques changeantes des tissus pendant le traitement. Toute imprécision dans ces mesures peut entraîner une puissance insuffisante entraînant un mauvais traitement ou une puissance excessive causant par inadvertance des blessures graves au patient.

7. Four à micro-ondes

Le four à micro-ondes est un sous-produit bien connu de la technologie radar susmentionnée. Les tubes magnétrons, initialement utilisés dans le développement du radar militaire à longue portée, ont acquis leur application commerciale après la Seconde Guerre mondiale.Bien que la communauté scientifique connaissait les caractéristiques de chauffage des ondes radio depuis les années 1920, ce n’est qu’en 1945 que Percy Spencer, un ingénieur américain autodidacte, a découvert accidentellement l’effet thermique d’un faisceau de micro-ondes de haute puissance. Le 8 octobre 1945, Spencer breveta le procédé de cuisson au micro-ondes et un four sous la société Raytheon. Pour la description détaillée du fonctionnement du four à micro-ondes, veuillez vous référer au principe de fonctionnement du four à micro-ondes.