Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur d'onde plus courte celles de la bande VHF, utilisée par les radars pendant la Seconde Guerre mondiale.
Les micro-ondes ont des longueurs d'onde approximativement dans la gamme de 30 centimètres (1 GHz) à 1 millimètre (300 GHz) ; toutefois, les limites entre l'infrarouge lointain, les micro-ondes et les ondes radio UHF sont assez arbitraires et varient selon le champ d'étude. Les micro-ondes couvrent la fin des UHF (de 1 GHz à 3 GHz), les SHF (de 3 GHz à 30 GHz) et les EHF (de 30 GHz à 300 GHz).
L'existence des ondes électromagnétiques telles que les micro-ondes a été prédite par James Clerk Maxwell en 1884 à partir de ses fameuses équations de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fut le premier à démontrer l'existence des ondes électromagnétiques en construisant un appareil produisant des ondes radio.
Utilisations
- Un four à micro-ondes utilise un magnétron comme générateur de micro-ondes à une fréquence approximative de 2,4 gigahertz afin de chauffer les aliments.
- Un maser est un dispositif semblable à un laser, sauf qu'il fonctionne aux fréquences des micro-ondes.
- Des micro-ondes sont également employées dans les transmissions par satellite parce que cette fréquence traverse facilement l'atmosphère terrestre et avec moins d'interférences pour les longueurs d'onde les plus élevées. (c'est le cas notamment des GPS)
- Les radars emploient également le rayonnement micro-onde pour détecter la distance, la vitesse et d'autres caractéristiques des objets distants.
- Les protocoles de transmission sans fil pour réseaux locaux tels que Wi-Fi, bluetooth, DECT emploient également des micro-ondes dans la bande de 2,4 gigahertz, bien que quelques variantes emploient une bande de 5 gigahertz pour la communication.
- Des réseaux plus étendus, comme Wimax, montent plus haut en fréquence.
- La télévision par câble et l'accès Internet par câble coaxial ainsi que la diffusion des émissions de télévision emploient certaines des fréquences micro-ondes inférieures.
- Des transmetteurs locaux de vidéo sans fil (surveillance de bébé, regarder la TV dans la chambre sans y disposer d'antenne filaire...) utilisent les micro-ondes.
- Des micro-ondes peuvent être employées pour transmettre de l'énergie à longues distances et des recherches furent effectuées après la Première Guerre mondiale pour examiner cette possibilité.
- Dans les années 1970 et au début des années 1980, la NASA a travaillé pour rechercher des possibilités d'employer des systèmes de satellites à énergie solaire (SPS) avec de grands panneaux solaires qui redirigeraient sous forme de micro-ondes l'énergie captée vers la surface de la Terre.
- Les fours micro-ondes ont fait leur apparition depuis la fin des années 1990 dans les laboratoires de chimie (synthèse assistée par micro-ondes). Dans une réaction chimique, les micro-ondes vont activer directement les ions ainsi que la plupart des molécules qui possèdent un moment dipolaire. Étant donné que le transfert d'énergie entre les micro-ondes et les molécules est extrêmement rapide (de l'ordre de la nanoseconde), les molécules de réactif ou de solvant sont incapables de relaxer complètement (de l'ordre du dixième de microseconde) et d'atteindre l'équilibre thermique. Cela crée ainsi un état hors-équilibre qui se traduit par une température instantanée (Ti) des molécules. Cette température n'est pas directement mesurable, mais est bien plus grande que celle mesurée (celle du solvant, Ts). La synthèse assistée par micro-ondes a trouvé ses premières applications en chimie organique, où certaines réactions se sont révélées 1 000 fois plus rapides avec un chauffage micro-ondes qu'avec un chauffage traditionnel (bain d'huile, plaque chauffante, etc). Depuis 2000, les travaux se multiplient également dans le domaine de la synthèse de matériaux et nanomatériaux par chauffage micro-ondes.
Bandes de fréquence des micro-ondes
Le spectre des micro-ondes est défini approximativement pour la plage de fréquences de 0,3 à 1000 gigahertz. La plupart des applications communes utilisent la gamme de 1 à 40 gigahertz.
Les différentes bandes de fréquence des micro-ondes sont définies dans la table ci-dessous:
Bandes de fréquence micro-ondes
| Désignation |
Gamme de fréquences |
Gamme de longueur d'onde |
| Bande L |
de 1 à 2 GHz |
15 à 30cm |
| Bande S |
de 2 à 4 GHz |
7.5 à 15 cm |
| Bande C |
de 4 à 8 GHz |
3.75 à 7.5 cm |
| Bande X |
de 8 à 12 GHz |
2.5 à 3.75 cm |
| Bande Ku |
de 12 à 18 GHz |
1.6 à 2.5 cm |
| Bande K |
de 18 à 26 GHz |
11.5 à 16.6 mm |
| Bande Ka |
de 26 à 40 GHz |
7.5 à 11.5mm |
| Bande Q |
de 30 à 50 GHz |
6 à 10mm |
| Bande U |
de 40 à 60 GHz |
5 à 7.5 mm |
| Bande V |
de 46 à 56 GHz |
5.3 à 6.5 mm |
| Bande W |
de 56 à 100 GHz |
3 à 5.3mm |
Histoire
Les personnes suivantes furent impliquées dans le développement de la théorie électromagnétique applicable aux applications modernes des micro-ondes:
Micro-ondes et santé
Les technologies employant des micro-ondes peuvent s'avérer dangereuses lorsqu'elles dépassent une certaine puissance. C'est pour cela que les techniciens télécoms qui interviennent sur les antennes GSM ne s'en approchent que lorsqu'elles sont désactivées. C'est aussi pour cela qu'un four à micro-ondes ne doit pas laisser sortir les ondes.
Dans le cas des faibles doses, comme pour les téléphones portables, certaines études démontreraient une nocivité. Mais ces études n'emportent pas l'adhésion de la plupart des spécialistes (voir l'article sur la pollution électromagnétique).