A PROPOS DE MICRO-ONDES
OU L' IMPERTINENCE SCIENTIFIQUE
Présentation:
Philippe ROQUEPLO
rendent toute cette communication, il sera question de micro-ondes.
Celles-ci se définissent CCJ1lme un rayonnement électl'cmagnétiquf' cie longueut' d'ondE
comprise entre 1 cm et 1 mètre.
Elles sont avant tout utilisées en télécommuniciltions (rildilr), mais ilussi
l'OUt'le chauffaoe
(fours domestiques).
Nombreux sont ceux qui pensent que cette appliciltion au chilUffaqe devrait être
généralisée dilns l'industrie.
Or, millqré quelques réalisations, ce phénomène ne semble pas se produire.
C'est pourquoi le Ministère de l'Industrie a constitué en '1ars ICj79 un groupe
de réflexion qui a reçu une double mission:
1.
Expl iquer les raisons de la situation actuelle;
2. Rédi~er
une publication destinée aux P.M.I. et susceptible d'accroître la
pénétration industrielle des m.o.
C'est le travail de ce qroupe qui constitue l'expérience concrète qui sera
relatée ici.
PREMI ERE PP.RTI E
DE
LA DEFINITION ANALYTiqUE A LA DEFINITION FONCTIONNELLE
Ce groupe était constitué de six scientifiques: cinq des sciences exactes
-dont trois spéciillistes des m.o - et un des sciences
hum~in~siluquel fut confié le
rôle d' "idiot du village" ou, si l'on préfêre de "martien de service".
Dès la première réunion l'importance de ce rôle apparut clairement. En 2ffet
les uns et les autres apportèrent divers textes qu'ils pensaient réunir
~pideme~tet répondre ainsi
àpeu de frais
àla
demil~Jedu Minist0r'e.
'lais ces textes étilient remplis d'expressions scientifiques et
t~chnL';oq'iquesque le martien de service déclilra incrl11Dréhensibles. D'0I1 une vériL\ûle bè'ali'e. l.,u
cours de cette bataille, le martien panint
iltrou"PI'
:e
défat/t de
lac·ti. csse des
sci~ntifiqups.
Il se trouvait en un point précis.
Lesuivant: tous
~~a~ont d'~ccordsui\,irl
\ . pconnlnin"n 'lue le,; autt'ps. mais ";"~ l 'nr'irlum p(onnmique exioeait néanmoins, d'unI" filCOI1 (Jé,né,t'al" nlJ'on utilise le', ~I.n 1"11 I!1É'me tr'Plps qu'une alJtre source d'éneroie,
Li' nnrtien de ser\'icp intp)'''''lt ici viqoureuspment pour teni r
11" qi<sonnf'f'lent
1\ est p111S t,:, lmiqlJe ~cie P, il est impnssible 'lue le nlélanoe A+ B
'Z
'7
v",rment V0US juqez (,u'il est préfé"ilble d'adjoindre alJX m,a une ilut/'e source r!'"w"'" ,c 'Jous n(' pouvez pilS en rendre cnmpte PÔy
un discours écnnomique. Cela voile àutrp cho',~ qu'il faut explioue,',"
rl6rida alors d'envisilner un cas concret: celui de lil cuisson du pain, SL:on Cette cuisson exige-t-elle, en plus des m.o une ilutre source de chilleur
?
()uest"lnn
Ré nonse
Oui PourqlJoi
Parce que les rn.o font du pnin sans croûte; si on
veut
de la croûte ilRéponse
f)uestion flues ti on
Réponse
faut "griller" le pain en sUt'face avec des infra-rouges.
P'ssinnnilnt 1 Voila une explication qui n'a rien d'économique. Mais pourquoi les
m,o fo~t-elles du pain sans croOte ?
Réponse Parce gu'elle" échauffent lil p~te
directement, in situ, illors que le
Chil\lf-rage ordinaire fait pénétrer la chaleur par conduction ~ partir de l'exté-rieur en sorte que la surface est nécess~irementplus cuite que l'intérieur:
d'où la
craOte.
Les m.o ne chauffent
donc
jilmais la surface des corps? C'est bizarre! Ça dépend de quoi elle est f~ite. Si elle est humide, elle s'échauffera parce que l'eau élbsorbe très fortement les 111.0. Au contraire la glace. par exemple, ne les absorbe pas.De plus en plus bizarre! Si la glace n'absorbe pas les m.o, comment se
fait-i 1 qu'on utilise industriellement celles-ci pour décongeler les qUilr-tiers de viande?
Si l~ viande surgelée S'échauffe sous l'action des m.o. cela n'est pilS dG a la qlélce. mais aux protéines qu'elle contient. D'ailleurs cela pose un problème en effet l'échauffement de lél glace fait rapidement apparaltre de l 'eilu
a
la surface et celle-ci élbsorhe ilussitôt les m.o et se meta
bouillir. On est alors exactement dans le cas inverse du pain: lél viilnde risque de cuit'e en surface tout en restant surgelée à l'intérieur. Pour éviter cela on envoie sur la sllrfilCe de lil viande de l'azote liquide afin d'emrécher 1 'ilppilrition d'eélll en m~intenant la surfilce
a
trèS bilsse tempé-rature.Ainsi donc, dans ce CilS, ce qui est adjoint élUX m.o, ce n'est pilS une seconde ,n'-!t'ce de chilleul', milis une source de f,'oid et celil évidemment PilS P"UI' des motifs économiqlJes milis. C0lllme dilns le c~s du pilin,
pO\J!_
des motifs ,t~chnoJ,og~q~es.o
L'l'tilde de ces deux exemples nOliS il c"nd'Iits ilnalyser les phénnmènf's de séchage.
01'" se passe-t-i l lorsqu'on sèche un corps ilvec une ilutre souI'ce de chilleur 'lllf'
les m.o ? On Chill/Ffe ses pilrois. comme dilns le CilS du p'lin. Celles-ri
donc ilvilnt l'intérieur et se dessèchent alors flue l' intpt'iellr est enrorp humide. D'où un ris~ue de craquelage. Pour l'éviter. on plonne le cot'ps à sécher dilns I/ne atmosphèt'e Si'lturée de vapeur d'eall jllsqu'à ce flue le centt-e dll cnrps snit pchollffé et séché. Cela est évidemment assez paradoxal 1
!lvec les m.a c'est l' invet'se chauffé à cœur. le corps él imine l 'eilll Clui vient suinter en surface. On évapore ce sllintement par lin courant d'ilir sec et chaud et le fait de disposer ainsi de deux processliS d'évaporation indépendants permet unE' beau-coup plus qrande souplesse de régulation.
Ici encore la justification de deux sources de chaleur n'est pas directement économique mais .t~chnolofJiqu~.
!linsi donc le martien de service, en refusant d'une part l'ésotérisme du dis-cours scientifique et d'autre part l'alibi du disdis-cours économique a obliné les scien-tifiques à se déplacer pour parler non point des micro-ondes en elles-mêmes ou de leur intérêt économique, mais de cuisson, de décongélation et de séchage. Et. par le fait même,cela les a conduits à expliciter "ce que font" les m.o, et ce ql/'elles ne font pas. C'est-à-dire: à préciset' leur insertion fonctionnelle dan.'~__ll-n~oces_s~J_S ~chnique.
Finalement cela nous a fait passer d'une définition scientifique/ilnalytiflue une définition technologique/fonctionnelle: au lieu de définir les m.o comme u~ .t'.axon~€,n~n~lectr..o-magnétique de~ongueur_d-'.Qr1_de comll.!.ise e~~l-c~_€l_~mët:t'~,
nous l es avons défi nies com~~rocédépermettant de chauffer un cor:Es_jJ.r~cte~e~
dans... sa mas~~fa<L~S]Jécif~que;
De façon spécifique voulant dire: de le chauffer plus ou moins selon certaines caractéristiques de la matière dont le corps est constitué.
Le passage - d'ailleurs difficile - d'une définition analytique une défini-tion foncdéfini-tionnelle a été vécu par le groupe comme une aventure tout à fait passion-nante. En effet,
a
partir de lê, nous eDmes vite fait de voir que bon nombred'applications industrielles se mettaient en perspective et nous en avons mème, trèS vite, trouvé de nouvelles.
Nous pensions donc ètre arrivés au bout de nos peines. Gra ve e rreut' .
Car restaient les difficultês rêdactionnelles.
II
N()tre qt'oupe n'avait pas reçu commande d'un Ollvr'ilqe de vulc;,t'is ~,m,lis
rI'unp pllblicilti()n destinée "à faciliter la pénétration des m.n dans "c":,istt'ie". Npanmoins il ~~t'ilt évident ClU'il fallait exp'L;uer d'Ilne part ce qu'litaient les m.n
Ce qu'ÜLlient les n1.O : cela '''JUS villut un chilfJit.'e Sllr les ondes hertziennes,
le chilnlr électrique E, l' ind"ction nlilgnptique 8, le champ nlil'1nétique H. l'induction éJect"ill'Je D, le COUl'ant de rlé[1lilcement. le vecteur de f'oyntinq, les ondes transver-silles, 1()r:li~lidifli11es, prrG;"ssives et stiltionnilires ... etc ...
Il en illlil de nlême Im's'lu'il fallut expliquer l'action des ondes sur li'l mntipre,
r'est-~-dire le processus d'échauffement: nous eOmes droit
~ ln permittivité, aux corps [1oi~ires, i'lUX pertes par relaxi'ltion diélectrique ... sans cJm[1ter quelques for-mules et qunlques courbes qui plongérent le martien de service di'lns un véritable
eff"oi : il fl/t rapidernent clair, en effet, que cet appareil scientifique ne parvien-drilit jamilis ~ ilccro1tre la pénptration des m,o dans l'industrie pour la bonne rilison
qu'il ne pénHrerilit jamais, lui-même, le cerveau des industriels.
On décida donc de le rejeter en ilnnexe, en y adjoinnant d'ailleurs une trentaine
de pilges sur la propagiltion de la chilleur par conduction, convection et rayonnement,
sur lil matière et son agitation interne ainsi que sur l'émission et l'absorption d'une
rildiation électromngnptique pilr les différents miltériaux.
Encore fallait-il que le texte contint deux ou trois paqes sur ces questions, qui fussent écrites en un langaqe aussi Ol'dinaire que possible. Or - et ceci me
parilH tout ~ fi'lit essentiel .- la rédaction d_e_~es p.'lges fi..t:._a..E.E.a.r-.ait.r~~2._désa~ cor_<i~tJlë~_r:.i_'lues_.i.IllI)rJr_tal1_t~ent_re scientifique~. Ouel que fut le texte proposé, l'un ou l'i'lutre y trouvBit toujours
a
redire. Finalement la tactique fut de pi'lrvenira
untexte aussi vide que possible: il appilrut rapidement qu'une demie pane suffirait.
nll~nt aux annexes, on rlécida de les supprimer, quitte à les publier séparément. Mes propres recherches sur lil vulgarisation me conduisent à penser que nous avons butté là sur une difficulté tout
a
fait significative: le surmoi scientifique fonctionne en la miltiêre d'une façon contradictoire en interdisant la communicationgu'il prétend exiger, du moins tant que les scientifiques demeurent inrnobiles dilns leur pro[1re sanctuaire cO'lnitif.
t1~is en l'occurr-enceceux de notre groupe s'étaient laissés entrainer sur le
ter-rain de la technolooie. Ils ont certes vite eu le sentiment que le paSSilge ~u
dis-cours fonctionnel les ~meni'lit
a
mieux comprendre certains i'lspects de leur proprescience. Milis ils ont néanmoins continué
a
vouloir transmettre celle-ci en elle-même et pour elle-même. POI/rtnnt, fini'llement, ail moins dilns ce contexte, ils y ont renoncé,car cette prétention lellr a, finalement, paru hors de propos. Elle était dilns tous les
sens du terme,ipp~~.t.i.I1.ent~.
Hplns, nous n'ilvons pu en rester là, Losque notre projet fut soumis ilUX
res[1on-snhles ildministratifs et i'lUX membres nu "Club micro-ondes", ceux-ci jugèt"ent indécent notre i'lhsence de vulgarisiltion. Il fallut donc en rajouter, ce qui conduisit ~ un
texte finalement, sur ce point, insatisfaisilnt pOlir tout le monde,
Li'l culture technique- c'est-ii-dit'e en l 'occllrence l'a[1propriation pratique dlJ
SilVOil' est ici victime du Sl/r-moi scientifique glli ppse sur notre culture et. ceci, à mon i'lvis, est '1ros rie (onsé'luenres snciil les et f'cononli'111es.
J'en viens alors i'lliX difficl/ltés 'lue nOliS ilvons rencontrpes lorsque nOlis avons
L'appareillage consiste, en gros, en un émetteur, un quide d'onrle et un four
avec un dispositif d'enfournement et d'extraction des matériaux traiter.
Or, très vite, nous avons été submergés: il fut question de biinde raSsilnte,
d'effet GUNN, de modulation de vitesse, de magnétrons, klyst.rons, cit'cIJlilt.eurs. cavités monanodes et multimodes, et.c ...
Ici encore il y eut un long et difficile débat. Il filllilit choisit, ce qlJe nous
devions en dire, c'est-à-dire décider quelles étiiient. les informiltions réellement
pertinentes en fonction du problème que nous avions à résoudre, en l'ocClln-ence : les obstacles li la pénétration des micro-ondes dans l'industrie.
Ces obstacles nous apparurent être de deux types selon que l'initiiltive d'
indus-trialisation vient soit du fabricant d'appareils soit de leur utilisateur.
A l 'heure actuelle, lorsque l'initiative vient des fabricants, il S'il'lit de Ol'OS
appareils comme par exemple celui destiné à la déconoélation industrielle des viandes.
Mais le marché ne comporte que quelques exemplaires, il n'y a piiS de fabrication en
série possible. D'où l'essoufflement des fabricants.
La solution semble consister en une iaJ?rication modulaire, chaque module pouvant
servir dans différents types d'appareil et pouvant lui-même être fabriqué en série,
ce qui conduit à une structure ternaire: les fabricants de modules, les utilisateurs
et, entre eux, des "~énieristes"qui adaptent à chaque utilisation le mécilno
modu-laire disponible.
Vient alors l'autre cas de figure: à l 'heure actuelle lorsque l' initiiltive
vient d'un -"-tilisateur, celui-ci fait appel à un spécialiste universitaire. Ils met-tent ensemble au point un appareil, puis l'utilisateur prend un brevet pour bloquer
lil qénéralisation des m.o dans sa branche et acquérir ainsi une rente technologique. Ici encore, le déblocage nous a paru devoir provenir de l'intervention d'un ingé~ieristequi, et aurait tout avantage à pousser à la commercialisation des
bre-vets.
CONCLUSION Ainsi nos conclusions se résumaient en deux mots :
rnodulari-.!.é - ingénieri.f? et, du point de vue technoloqique, une seule question se posait à nous: jusqu'à quel [Joint le matériel est-il
modula-risable ? C'est en fonction de cette question que devilit se jllger la
per-tinence de nos informations.
Or, en matière d'êmetteur, la réponse est d'OI-es et déjà acquise et il suffi"ait de dire que 5 magnétrons de 6 KW équivalent ~ 1 klystron de 30. Par contre l~
ques-tion était plus délicate pour le reste de l'appareillage et exigeait flue l'on
clilri-~i~t ses diverses fonctions, ce que nous nous snn~es efforcés de faire. 0'00 un texte com["\)rtant quelques lignes sur les émetteurs et
qU0~(e pôoes sur
les quides d'ondes et applicateurs.
Mais ici encore le sur-moi scientifique interv, : ii n'était ~0 déceYlt que nous parI ions si lonqlif'ment des fours et des guities J,n,",·, /qui san 0',,}!,les
tôles pliées en qUilt.re") et que nous ne disions rie, de l "("iss;oi] ô:' .",oes qui
cons-titue un phénomène infiniment plus sophistiqué et plus ln 're.sant.
111.
mon 11'Ii, , inutileé) 'lW les IIiilqflPtrofl, et klystr'ons. Fncore une fois nous avions
nlèlGIf' nnus été rilll1ené'; "2 l' rl'/?l vers l'amont rar le sur-moi scienti fique qui pèse
sur J" rli!tlJl'e.
~'J j'"mellr"nt je viens d,' pilrler de tôle pliée en qUiltre et ceci m'al11"ne
~u
del'-nier pnint de Illon inter'venticn : l'interfilce entre l'usilqe des m.o oilns l'industrie
et
lP 'JI' lJs"9 e en té l écommun i c.H ion.En effet: le domiline fondamental de l'utilisation des [Tl.O est celui des télé-communications et ceci constitue un obstacle important pour leur pénétration dans
l'industrie. Cet obstacle se situe lui-même à deux niveilux : celui du lan<1age et celui de l'appilreill~qe.
~lu..i_~IJJanga_g_e: Prenons l'exemple des notions de perte et de rendement. Pour les télécommunications, l'énergie dissipée au cours du trajet d'une onde
consti tue une perte et le rendement des dispositifs est considéré comme d'autant meilleur que cette énergie dissipée est plus faible; tel est le langaqe qui s'impose
en matière technologique à propos des m.o, Tel était en tout cas le langage spontané-ment adopté par les scientifiques de notre groupe au début de nos recherches: ils
arpelaient effectivement pertes l'effet d'échauffement que l'on se proposait pourtant
de produire dans la matiêre en sorte que le rendement au lieu d'être inversement pro-portionnel aux pertes leur était propro-portionnel.
Dans ces conditions le martien de service ne comprenait rien de rien jusqu'à ce qu'on s'aperçut enfi n du phénomène sui vant : ]3_!Y'..anscri ption tec_h~~gi~i':l.-Jan
tLa"g~ -,~i.entifig!:!.e_~__l..,"-s_~__s_'~..ffec.!.u~_-,_eJ.on deux discours semant iquement contra-cLicJ_oi.re.s~l_uLie_s....t~l_écon~~unic..a..tionset_celJ.12,. du ch'!.U!fage. Ce que l'un arpelle
perte, l'~utre l'~pDelle énergie utile et réciproquement.
Et c'est norm~l.
En effet le langage technologique, comme la technique elle-même, trouve sa
sémantique à partir du but roursuivi. Si les buts sont opposés, les langages s'op-posent et il n'est pas exclu Qu'il y ait là une diffiClllté qu'il faille prendre en
considération lorsqu'on s'intéresse au développement industriel des 01.0 : celui-ci est linguistiquement contt-arié rar la domination sémantique des tplécomrnunications
en ce domiline.
Au demeurant cette domination n'est pas purement linquistique. Elle se
trans-crit d~ns ~l'2._appare_i_l_la.?e_sdisponibles sur le marché.
Ainsi en m~tiêre de Quides d'ondes:ceux que l'on trouve sont tr~s
chers parce que. ét.ilnt destinés illJX télécommunication" ils doivent avoir un très '1rand rendement
en pvit.~nt toute perte au cours du Pill"COIIrS, ce qlJi exige une très 01'ilnde rr-(>cision. SUI' ce point notre groupe a connu un double mouvement: dans un premier t.emps
il nOlis est apparu que la technologie des m.n devait, au sens fort du terme, être "libérée" des contraintes excessives que fait reser sur elle le contexte des
télp-II:' .
comllluniciltions. Certilin, ont tenu à ilffinner qu'en miltint'e cie chiluff'1(]e
Ilnf]uide
d'onde POUVilit être "bricolê" en pliilnt une tôle en qUiltre.
Cepenciant nous ne pouvions en l'ester là et force nous fut d'ildoptpr une ilttitwle
plus prudente. Il convient en effet que le pliilQe en question soit effectup ilvec ,oin
en respectant les côtes nécessaires; il convient de vérifier 'lue les brides
n'enCou-rent aucune fuite qui serait dangereuse pour le personnel et pourrilit pertuher le
système des télécorr!1lunications.
D' oD un certain mouvement de retrilit par rapport à la première atti tude dl!
Ol'OU-pe. 0u'on le veuille ou non, force est de retrouver la domination
illa fois
technolo-gique et institutionnelle - donc 1inguitigue - des télécommunications: et c'est par
ce biais que se réintroduit la nécessité d'une certaine vuloarisation scientifiqlJe.
Pourquoi? Parce que, chauffage ou pas chauffage, rendement ou pas rendement,
une émission d'ondes est une émission d'ondes et les ondes émises
~~i..rl~c~vent_JJ.t1ysJ _~~ementdans le système des
~hysiquesdes ondes.
Du strict point de vue du chauffage, un guide d'onde peut être bricolé: encore
filut-i l que le dispositif ne vienne pas perturber le systrme des télécommunications
et en particulier le téléguidage des avions près des aéroports.
En bref: les émissions doivent se cantonner à
~ertaine~~~gllencesdéterminées
par les législations nationales et les accords internationaux; les appareils doivent
éviter l'émission de parasites.
Fallait-il expliquer quelles conditions techniques devaient être remplies pour
qu'il en soit ainsi? Sauf à déclarer que le pliage devait être soigneusement fait et
les brides soigneusement vérifiées, cela nous a paru impossible et dangereux et c'est
un motif supplémentaire que nous ilvons mis en avant pour proposer le recours à un
ingénieriste qui puisse non seulement
~~cevoir1 'appareillaqe mais encore contrôle!.
ses éventuelles modifications au cours du temps.
Par ailleurs, étant donné l'importance pratique de la question, nous avons publié
en annexe la léqislation des télécommunications en ce domaine.
CONCLUS InN
Nous sommes passés de la défini tian analytique
un rayonnement électro magnétique de lonnueur ri'onde comrrisp entre 1 cm et
1 mètre
~
une définition fonctionnelle:
un procédé permettant de chauffer un corps dit'ectéi'!ent dans
L.m,
J2le:
de façon
spécifique.
Ce passage s'est effectué en déplaçant le
terr~inde 1',mont
V2rs l '"val: au 1ieu
d'expliquer la nilture du rayonnement et son action sur la mati8re, nn a décortiqué les
phi'noménes rie cuisson, de déconoélation pt de séchage et c'est 5 t"wers ces exemples
'liJe s'p,t Jnnnifestpe l,) fnnction propn' des m.0.
CP déplacement n'a été obtenu qu'en dél>llsquant,
nUmoyen de qllestions
~ppi'remment sil11plistrs expt'iméec en langage ordiniih'e, cert.)ines pseudo explications non
cOnViiin'lllantf's et. dont p0uru·t les scient; fi'llleS semblaient se contenter: en
l'ac-ClllTenCe des
pxpli ca ti ons d' ol'dre économi 'lIIP.
4
CP pl'ocessus
~été vécu par les scientifiqlles comme concr[1tlJPllement enrichissilnt
et mettilnt en persrectivp les diverses ilpplications énergétiques des m.O.
5
Cependilnt il (jpmeure pvident gue la définition fnnctionnelle ainsi obtenue n'est:
ab~,G1ume.I~I';,s-.l'.al'1b~,~dans_~e..-do~aJrl~n.rl~tné,l~~!fTl.!:Jf1J.ca~.'5.
ce qui pose un f'roblF>me
diil~S
1.'1 mesw'e où toutes les réillisations envisageables s'inscrivent dilns ce domaine,
6
Une premii'>re guestion s'est illors posée :
quelle~__
~().tl.!les informations
am~ytiq~~.!onction.':lel~e~.~~c~~il.i
l'es -
c~L.il.~~~aides informations pert,ïnentes ?
Nous en ilvons retenu fort peu comme, pilr exemple:
La longueur d'onne
d'une rart elle détermine la profondeur de pénétration dans
le matériau
a
chauffer;
d'autre part elle correspond
a
la fréquence, or il faut se
tf'nir sl/r une fl'éQuence légillement disponible.
Autre notion oertinente
l.e~l~nlooiques,a
cause de l 'interfilce ilvec les
télécom-munications.
Le même pl'oblème se pose ilU niveau de la description des appareillages: ici
encore le groupe a jugé peu pertinentes maintes descriptions habituelles.
~
Final l'ment nous sommes parvenus à rédiqer une plaquette oii le lecteur "pige" de
QI/oi
ils'agit avec les m.o, le parti qu'il reut en tirer et les difficultés qu'il
rencontrera.
fi
notre avis tel était. le hut visé.
9
Cependant il est cu1turellement interdit de s'en tenir là, Une plilguette sur les
m.O est culturellement contrainte
àexpliquer l'inter-action des ondes
électromagné-tiques et de la matière ainsi Que le fonctionnement des magnétrons et klystrons.
10
Je n'en maintiens pilS moins que cette exigence risque de conduire
à
une impasse
d'une part elle condamne
àélaborer un discours qui sera précisément difficile
a
éla-horer parce que difficilement accepté par les scientifiques; d'autre part cette
exigence risque de placer un véritilble écran qui, précisément, fait écran
àla
trans-parence du discours fonctionnel.
Il 0'00