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RÉSUMÉ
Cet article présente les technologies associées au chauffage diélectrique. Procédé efficace, souvent économiquement intéressant, peu polluant, il peut se décliner suivant la longueur d'onde en chauffage micro-ondes ou haute fréquence. Pour chacun de ces types de chauffage, les différents équipements mis en œuvre sont détaillés : générateur, guide d'onde, applicateur, circuit d'adaptation d'impédance et éventuels dispositifs auxiliaires.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Georges ROUSSY : Directeur de Recherche, Université Henri-Poincaré, Nancy
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Jean-François ROCHAS : Directeur général de la société Sairem
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Claude OBERLIN : Ancien Ingénieur Senior de la Division de la Recherche d’EDF
INTRODUCTION
Les procédés électrothermiques peuvent être divisés en deux grandes catégories :
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le chauffage indirect, où la transmission d’énergie de la source vers le récepteur (corps à chauffer) obéit aux lois usuelles de la thermique ;
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le chauffage direct, où le récepteur, parcouru par un courant électrique, est donc lui-même le siège du dégagement de chaleur, les échanges ultérieurs de chaleur s’effectuant selon les lois de la thermique classique.
Le tableau 1 donne la liste des différentes technologies électrothermiques se répartissant entre ces deux familles.
L’énergie électromagnétique est dissipée dans la masse du produit, en fonction de la distribution du champ électrique qui règne dans l’applicateur en présence du produit à traiter. Ce type de transfert d’énergie est très efficace, car on sait produire des distributions de champ électrique très intenses, générant des densités de puissance élevées (jusqu’à 10 kW par litre de produit). En plus des avantages découlant directement des principes physiques, le chauffage diélectrique s’avère non polluant, apporte une grande souplesse d’emploi et la possibilité de réguler finement les procédés thermiques, grâce à des automatismes rapides et précis.
Par ailleurs, les chauffages haute fréquence (HF) ou micro-onde (MO) présentent souvent un grand intérêt économique quand ils sont associés à des techniques traditionnelles telles que l’air chaud, les rayonnements infrarouges…
L’article Chauffage diélectrique se compose de quatre parties :
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Principes et spécificités
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Technologies ;
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Applications industrielles ;
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un fascicule de documentation .
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Techniques de mise en œuvre du chauffage haute fréquence
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2. Techniques de mise en œuvre du chauffage micro-onde
Dans son principe, le chauffage par micro-onde (encore appelé chauffage hyperfréquence ou ultra haute fréquence) est identique à celui du chauffage haute fréquence et se caractérise par l’absorption d’un rayonnement électromagnétique par le produit à chauffer. En revanche, en micro-onde, la longueur d’onde est bien inférieure aux dimensions des équipements de l’installation. Toute la technologie employée repose donc sur la propagation des ondes électromagnétiques et ses propriétés.
Une installation de chauffage MO comprend donc essentiellement un générateur d’ondes hyperfréquences, un guide d’onde, l’applicateur lui-même et des dispositifs auxiliaires pour le contrôle, la manutention et la sécurité (figure 15).
2.1 Générateur micro-onde
Aux fréquences utilisées en chauffage MO, les oscillateurs classiques à triodes ne conviennent plus pour constituer des générateurs de puissance ; il faut donc recourir à des générateurs spéciaux, les magnétrons et les klystrons.
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Le magnétron
Le magnétron est un tube sous vide à géométrie cylindrique servant d’oscillateur. Il comporte deux électrodes :
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l’anode est réalisée en cuivre ; elle est creusée de multiples cavités (10 à 20) qui forment des circuits résonnants ; dans l’une de ces cavités, une antenne permet de transmettre l’énergie MO à un circuit extérieur (guide d’onde) ;
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la cathode est généralement en tungstène thorié ; le filament est chauffé, à environ 2 000 ˚C, par une alimentation basse tension (5 à 10 V) ; la cathode est placée à un potentiel négatif élevé (6 à 10 kV).
Des aimants permanents ou un électroaimant (ou les deux) produisent un champ magnétique continu et perpendiculaire au champ électrique. Sous l’influence conjuguée des champs électrique et magnétique, les électrons émis par la cathode s’éloignent de celle-ci en suivant un parcours incurvé en direction de l’anode....
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