Brevet FR2826783A1 — publié le 20030103

Applicateurs d'énergie adaptés aussi bien au chauffage diélectrique de composés aux constantes diélectriques élevées qu'à celui des composés absorbant peu les ondes électromagnétiques. Secteur technique de l'invention et problème posé : La présente invention concerne la conception et l'utilisation d'applicateurs d'énergie, et plus particulièrement de cavités résonnantes et cheminées de formes et dimensions adaptées au chauffage diélectrique de tout composé, quel que soit ses constantes diélectriques. Les applicateurs micro-ondes et hautes fréquences usuels sont munis de cheminées classiques qui ne permettent pas de travailler à forte densité de puissance sans risque d'arcs électriques. Le but des cheminées utilisées par l'homme de l'art vise à soumettre un produit (liquide, solide, gazeux ou un mélange des trois états) aux ondes électromagnétiques, en statique ou en dynamique, en empêchant les fuites d'ondes vers l'extérieur du guide d'ondes. Les cheminées, de forme classique, préférentiellement de forme cylindrique, ne permettent pas d'atteindre rapidement la température de palier souhaitée et/ou de traiter une quantité de produit plus importante sans risque d'arcs électriques. Contrairement aux molécules polaires ou polarisées pour lesquelles le transfert d'énergie est optimum, une forte densité de puissance s'avère nécessaire pour arriver à chauffer des composés absorbant peu les ondes électromagnétiques, caractérisés par des constantes diélectriques faibles. Il existe donc un problème technique sérieux, posé par les risques de claquage)) ou d'arcs électriques, et leurs conséquences industrielles, et qui représente un enjeu industriel important, en raison de l'importance des applications industrielles indiquées ici. L'invention permet simultanément, de réduire très fortement les temps de traitement des produits, améliorant ainsi l'efficacité industrielle. Résumé de l'invention : Le demandeur a découvert après de nombreuses tentatives une nouvelle forme ou géométrie de cheminée, notamment une cheminée de forme ou géométrie conique, qui permet de chauffer tout type de produit sous fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique avec une densité de puissance importante sans risque d'arcs électriques ou claquage)). Applications : L'invention permet de réaliser des traitements thermiques aussi efficaces et rapides sur des composés absorbant peu les ondes électromagnétiques que sur des composés polaires ou polarisés. Les gains de temps et d'énergie, combinés à un coût d'investissement plus faible, permettent d'établir que les applications sous chauffage diélectrique sont plus rapides et plus économiques. L'invention s'attache en particulier mais à titre non limitatif, au traitement des esters d'acides gras (insaturés ou non), des hydrocarbures (insaturés ou non), des composés aromatiques et des dérivés de ces derniers. Mais elle est tout aussi intéressante pour des produits absorbant beaucoup les ondes électromagnétiques car elle permet d'augmenter la capacité de production d'un système donné (alcools gras ou non, acides carboxyliques, amines,...). La présente invention concerne toutes les applications thermiques qui font intervenir un seul réactif ou un mélange de réactifs en proportions variables, avec ou sans catalyseurs, avec ou sans gaz de process ou mise en oeuvre . En tant qu'applications thermiques, on peut citer, à titre d'exemples non limitatifs, les réactions d'estérification, transestérification, époxydation, sulfatation, phosphitation, hydrogénation, peroxydation, isomérisation, déshydratation, quaternisation, amidification, polymérisation, polycondensation, et tous les traitements usuels comme la décoloration, la désodorisation et les autres systèmes d'élimination de composés volatils. L'invention s'applique en fait tout particulièrement à toutes les réactions de la lipochimie , avec notamment un intérêt très marqué dans le cas des produits qui absorbent peu les ondes électromagnétiques. Cette technique innovante permet par exemple de fabriquer des polymères d'acides gras insaturés, d'esters d'acides gras insaturés, d'hydrocarbures insaturés ou de dérivés de ces produits à l'aide d'un chauffage diélectrique sous micro-ondes. Le demandeur a déposé sur ce sujet une demande de brevet FR 98 13770 et une demande de brevet PCT WO 00/26265 (PCT/FR 99/02646). Art antérieur : Le secteur technique de la présente invention concerne l'utilisation des ondes électromagnétiques micro-ondes ou hautes fréquences aussi bien pour des applications thermiques sur des composés absorbant peu les rayonnements que sur des composés aux constantes diélectriques élevées. Les fréquences micro-ondes MO sont comprises entre environ 300 MHz et environ 30 GHz, préférentiellement à 915 MHz (fréquence autorisée avec une tolérance de 1.4%) ou à 2.45 GHz (fréquence autorisée avec une tolérance de 2%). Les hautes fréquences HF sont comprises entre environ 3 MHz et environ 300MHz, préférentiellement à 13.56 MHz (fréquence autorisée avec une tolérance de 0.05%) ou à 27.12 MHz (fréquence autorisée avec une tolérance de 0.6%). La puissance absorbée (en Watt) par un matériau sous traitement HF ou MO est donnée par la formule suivante : Pa = kfE"E2V Avec : Pa : puissance absorbée en W. E : champ électrique créé au sein du matériau en V/cm. f : fréquence de l'onde K : constante (M. K. S. A) = 5.56. 10-13 V : volume du matériau en cm3. E" : facteur de pertes de matériau = 'tango e' : permitivité relative réelle du matériau = 80*8, EQ permitivité du vide ER constante diélectrique tangS : angle de pertes e'traduit l'aptitude d'un matériau à s'orienter dans le champ et tango sa capacité à dégager de la chaleur. Remarque : pour l'air ou le vide, E'= 1 (valeur la plus faible pour E') et tang8 = 0, soit E"=0. Prenons un système comprenant un guide conçu pour véhiculer l'onde correspondant à une fréquence donnée. Le produit à chauffer est placé dans un réacteur en matériau n'absorbant pas les ondes (pyrex, quartz...). Ce réacteur est positionné à l'intérieur de l'applicateur formé de cavités monomodes qui résonnent à la fréquence d'émission selon un rayonnement dans le sens du guide d'onde. L'applicateur micro-ondes est muni de cheminées, traditionnellement cylindriques pour épouser la forme du réacteur utilisé (voir figures 1,2, 3). Ces cheminées ont pour but d'empêcher les fuites d'ondes vers l'extérieur du guide d'ondes. Le phénomène de claquage survient dans des zones où le tube contenant le produit à traiter subit des tensions disruptives, c'est à dire où l'énergie accumulée est telle qu'une ionisation du milieu (étincelle électrique) se produit. Le champ électrique est caractérisé par le rapport entre la tension entre deux points sur la distance qui sépare ces deux points. Les risques de claquage surviennent dans les zones où le champ est trop concentré. Le réacteur peut traverser le guide d'ondes perpendiculairement au sens de propagation des ondes ou bien parallèlement au sens des ondes (voir figures 2 et 12). L'homme de l'art comprendra que ces deux positions ne sont pas les seules configurations possibles et que l'invention concerne toutes les autres positions intermédiaires. Réactifs : Pour la présente invention, le ou les réactifs peuvent être choisis parmi les produits absorbants peu les ondes électromagnétiques ou les produits absorbants beaucoup ou un mélange des deux, additivés ou non d'un ou de plusieurs catalyseurs ou adjuvants absorbant peu ou beaucoup et/ou de gaz de process. Parmi les produits absorbant beaucoup, on entendra les alcools gras ou non, les amines grasses ou non, les acides carboxyliques, les acétals, les cétones, les énols, les peracides, les époxydes et de manière plus générale les composés chimiques comprenant une fonction polaire ou polarisée, notamment, comme alcools : sorbitol, glycérol, mannitol, glycols, vitamines (par exemple tocophérol, acide ascorbique, rétinol), les polyphénols, les stérols (dont les phytostérols) et analogues, et, comme amines, l'ammoniaque, les amines alkyles primaires, secondaires, tertiaires (ex : méthylamine ; diméthylamine ; triméthylamine ; diéthylamine), les amines grasses (ex : amines otéiques ; aminés atkytes de coco), les aminoalcools (ex : monoéthanolamine MEA ; diéthanolamine DEA ; triéthanolamine TEA ; 3-amino 1, 2-propandiol ; 1-amino 2-propanol), les amines éthoxylées (2-2'-amino éthoxy éthanol ; amino 1-méthoxy-3propane). Toutes ces amines peuvent être saturées ou non, linéaires ou ramifiées. Parmi les catalyseurs ou adjuvants, on entendra à titre d'exemples non limitatifs les catalyseurs acides usuels (acide paratoluènesulfonique, acide sulfurique, acide phosphorique, acide perchlorique...), les catalyseurs basiques usuels (soude, potasse, alcoolate de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux, acétate de sodium, triéthylamines, dérivés de pyridine...), les résines acides et/ou basiques de type Amberlite, AmberlysfM, PuroliteTM, Dower, Lewatit, les zéolithes et les enzymes, les noirs de carbone et les fibres de carbone activées. Parmi les produits absorbants peu, on entendra les huiles et graisses animales ou végétales et les polyterpènes dont certains sont issus desdites huiles et graisses. huiles ou graisses d'origine animale En tant qu'huiles ou graisses d'origine animale, on peut citer entre autres, l'huile de cachalot, l'huile de dauphin, l'huile de baleine, l'huile de phoque, l'huile de sardine, l'huile de hareng, l'huile de squale, l'huile de foie de morue, l'huile de pied de boeuf, les graisses de boeuf, de porc, de cheval, de mouton (suifs). huiles d'origine végétale En tant qu'huiles d'origine végétale, on peut mentionner, entre autres, l'huile de colza, l'huile de tournesol, l'huile d'arachide, l'huile d'olive, l'huile de noix, l'huile de maïs, l'huile de soja, l'huile de lin, huile de carthame, huile de noyaux d'abricot, l'huile d'amande douce, l'huile de chanvre, l'huile de pépins de raisin, l'huile de coprah, l'huile de palme, l'huile de graine de coton, l'huile de babassu, l'huile de jojoba, l'huile de sésame, l'huile d'argan, l'huile de chardon marie, huile de pépins de courge, huile de framboise, l'huile de Karanja, l'huile de Neem, l'huile d'oeillette, l'huile de noix du Brésil, l'huile de ricin, l'huile de ricin déshydratée, l'huile de noisette, l'huile de germe de blé, l'huile de bourrache, l'huile d'onagre, l'huile de Tung, l'huile de tali ou tall oil . composants d'huiles animales ou végétales On peut également utiliser des composants d'huiles animales ou végétales tel que le squalène extrait des insaponifiables des huiles végétales (l'huile d'olive, l'huile d'arachide, l'huile de colza, l'huile de germe de maïs, l'huile de coton, l'huile de lin, l'huile de germe de blé, l'huile de son de riz) ou bien contenu en grande quantité dans l'huile de squale. Ces huiles et graisses d'origine animale ou végétale, ainsi que leurs dérivés, peuvent subir un traitement préalable visant à les rendre plus réactifs ou au contraire moins réactifs. L'invention concerne aussi bien un réactif isolé qu'un mélange réactionnel comportant deux ou plusieurs composants. Ces mélanges réactionnels peuvent comporter des proportions équivalentes de chaque composant ou certains composants peuvent être majoritaires. hydrocarbures insaturés En tant qu'hydrocarbures insaturés, on peut citer, seul ou en mélange, et à titre d'exemples non limitatifs, un alcène, par exemple un ou des hydrocarbures terpéniques, c'est à dire un ou des polymères de l'isoprène, ou un ou des polymères de l'isobutène, du styrène, de l'éthylène, du butadiène, de l'isoprène, du propène, ou un ou des copolymères de ces alcènes. type d'applicateur d'énergie Le choix du type d'applicateur d'énergie dépend de la technologie utilisée (hautes fréquences ou micro-ondes), des caractéristiques dimensionnelles du produit à traiter et de son mode de traitement. Dans le cas des molécules polaires ou polarisées pour lesquelles le transfert d'énergie est optimum, il existe un certain nombre d'applicateurs usuels qui ont fait leur preuve. Pour les applicateurs hautes fréquences, il s'agit essentiellement : - d'applicateurs de type capacitif formés de deux armatures de condenseur entre lesquelles est appliquée la tension haute fréquence du générateur. Ils sont utilisés pour le traitement thermique de matériaux dont le volume constitue un parallélépipède dont l'un des côtés est suffisamment épais ( > 1 Omm). - d'applicateurs à barreaux pour matériaux plans, constitués d'électrodes tubulaires ou en barres. Ils sont utilisés pour le traitement thermique de matériaux dont le volume constitue un parallélépipède dont l'un des côtés n'est pas suffisamment épais ( - d'applicateurs pour matériaux filiformes, formés de boucles. Pour les applicateurs micro-ondes, on peut citer : - les applicateurs à champ localisé : cavité monomodaie - les applicateurs à champ diffus : cavité multimodale - les applicateurs à champ proche : guide à antennes rayonnantes Dans le cas des molécules peu absorbantes, le choix des applicateurs est plus compliqué. L'applicateur doit en effet transmettre beaucoup d'énergie électromagnétique au produit pour qu'il puisse chauffer tout en évitant les arcs électriques. Le chauffage sous fréquences micro-ondes est préféré aux hautes fréquences pour lesquelles le risque de claquage est plus grand. En effet, le facteur de pertes e'et la fréquence sont dans ce cas plus faibles. Pour une puissance absorbée équivalente et selon la formule précitée, le champ électrique augmente, ce qui accroît les risques de claquage. Un système résonnant sous micro-onde est préconisé : il peut s'agir d'un applicateur à champ localisé ou à champ diffus. Néanmoins, le système monomode (champ localisé) qui est formé de cavités mono-modes résonnant à la fréquence d'émission selon un rayonnement dans le sens du guide, est préféré au multimode (champ diffus). Le système monomode évite une distribution non homogène du champ électrique et la présence de points chauds. De la même manière, ce type de réacteur favorise la stabilité des produits exposés. L'homme de métier comprendra que le chauffage diélectrique des composés absorbant peu les ondes électromagnétiques ne se limite pas au système micro-onde monomode. Néanmoins, ce système réduit les risques d'arcs électriques et permet une meilleure maîtrise des traitements thermiques. Les cheminées usuellement utilisées dans les applicateurs monomodes sont de forme droite, cylindrique pour mieux respecter la forme des réacteurs habituellement utilisés. (voir figure 3) Les cheminées sont placées de part et d'autre du guide d'onde pour empêcher les fuites d'ondes vers l'extérieur dans le cas d'essais en dynamique (voir figure 2). La longueur de chaque cheminée est déterminée de manière à exclure toute fuite d'ondes et à respecter les mesures de sécurité concernant le personnel et les télécommunications. Les normes françaises sont actuellement identiques aux normes britanniques, allemandes et américaines. Ces normes sont généralement moins sévères en HF qu'en MO : 10mW/cm2 et 5mW/cm2 à 1 pouce de l'équipement. Pour les cheminées cylindriques usuelles, la hauteur est liée à la permitivité du matériau et au diamètre du réacteur par des relations empiriques. Pour des raisons de simplicité et de meilleure maîtrise de la cavité résonnante, les cheminées placées de part et d'autre du guide d'onde sont de forme identique. La présente invention montre que l'applicateur monomode muni de cheminées cylindriques usuelles, le mieux adapté parmi tous les applicateurs usuels aux molécules peu absorbantes, ne permet pas de travailler avec une forte densité de puissance sans risque de claquage. Un moyen détourné de pallier les problèmes liés aux composés peu absorbants, serait d'introduire dans le milieu réactionnel des composés polaires tels que l'eau, pour jouer le rôle d'intermédiaire de transfert d'énergie et réduire ainsi la densité de puissance nécessaire. Cette alternative n'est cependant pas satisfaisante dans la mesure où des réactions secondaires non désirées peuvent avoir lieu, et des traitements supplémentaires tels que la neutralisation, le lavage, le séchage ou la filtration peuvent être nécessaires pour purifier le produit en fin de réaction. Une alternative pour pallier les problèmes liés aux composés peu absorbants, consiste à évacuer l'électricité statique au fur et à mesure qu'elle se forme sur la paroi externe du réacteur. Pour un produit qui absorbe peu les ondes électromagnétiques et pour une puissance incidente donnée Pi, la puissance absorbée Pa diminue et les pertes augmentent, en particulier celles par électricité statique. En effet, : Pi = Pa + pertes Avec : Pi = puissance incidente en W Pa = puissance absorbée en W Pertes = pertes calorifiques + électricité statique L'électricité statique se traduit par l'ionisation des molécules de l'air. Elle s'accumule sur les parois extérieures du réacteur, non conductrices, jusqu'à formation d'un arc électrique. Pour évacuer l'électricité statique, il faut soit favoriser une bonne ventilation par de l'air humide ou par un autre gaz comparable au niveau de ses constantes diélectriques (exemple : hexafluorure de souffre SF6 sous 1 bar) (1ère solution), soit adapter les formes des cheminées de manière à aérer ces dernières (2ème solution). La première solution ne semble pas avantageuse pour des raisons de complexité d'installation, de sécurité et de coût. Il existe donc un besoin important et reconnu pour améliorer les applicateurs d'énergie connus, en particulier pour les adapter, à titre non limitatif, au domaine de procédé et de réactifs de la présente invention. Description de l'invention : Le Demandeur a découvert une nouvelle forme ou géométrie de cheminée, notamment cheminée conique, qui permet de chauffer tout type de produits sous des fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique, avec une densité de puissance importante sans risque d'arcs électriques ou claquage . De manière plus générale, le Demandeur a découvert qu'il est souhaitable de réaliser une cavité résonnante qui s'étende autour du guide d'ondes, pour le traitement du produit, (c'est-à-dire de créer une cavité résonnante supplémentaire autour de celle existant dans le guide d'ondes) et notamment de réaliser une ou des cheminées autour ou de chaque côté du guide d'ondes, de préférence de géométrie identique, et adaptée pour former une telle cavité résonnante s'étendant autour du guide d'ondes, pour le traitement du produit considéré, L'invention concerne donc de manière générale un Applicateur d'énergie pour le chauffage diélectrique de tout composé, sous fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique avec une densité de puissance relative supérieure à celle des applicateurs usuels, sans risque d'arcs électriques ou claquage , quelles que soient ses constantes diélectriques, du type comportant un guide d'ondes et des cheminées latérales, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cavité résonnante qui s'étende autour du guide d'ondes, pour le traitement du produit. L'invention concerne de manière plus particulière un Applicateur d'énergie pour le chauffage diélectrique de tout composé, sous fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique avec une densité de puissance relative supérieure à celle des applicateurs usuels, sans risque d'arcs électriques ou claquage , quelles que soient ses constantes diélectriques, du type comportant un guide d'ondes et des cheminées latérales, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cheminée de géométrie adaptée pour former une cavité résonnante autour du guide d'ondes, pour le traitement du produit considéré. Applicateur tel que décrit ci-dessus caractérisé en ce que cette cavité est formée de chaque côté du guide d'ondes. Applicateur tel que décrit ci-dessus caractérisé en ce que cette cavité est formée autour du guide d'ondes par une ou plusieurs cheminées. Applicateur tel que décrit ci-dessus caractérisé en ce que la ou les cheminées sont placée (s) de chaque côté du guide d'ondes, autour de la cavité résonnante Applicateur tel que décrit ci-dessus caractérisé en ce que les cheminées sont de géométrie identique. On notera à ce sujet que les géométries qui vont être décrites reflètent le concept surprenant selon lequel on peut utilement travailler (c'est-à-dire traiter le produit) dans une zone plus large que celle reconnue unanimement dans l'état de la technique, c'est-à-dire une zone où l'art antérieur constant évitait soigneusement de travailler. La découverte de ce principe a permis d'une part de créer des géométries nouvelles et originales, évitant le claquage, ce qui était le but premier, et d'autre part d'obtenir de manière également inattendue un gain substantiel de temps de traitement et d'investissements. On a montré dans un essai que le temps de traitement de 60 ml de produit dans la zone ou cavité élargie selon l'invention était égal au temps de traitement nécessaire pour traiter 33 ml de produit dans un creuset. La particularité de ces nouvelles cheminées vient de leur forme. Elles sont composées de deux parties principales : une partie supérieure qui doit être la plus proche possible du réacteur pour empêcher les fuites d'ondes vers l'extérieur et une partie inférieure de forme évasée vers le guide d'onde pour réduire, selon l'invention, les arcs électriques et créer la cavité résonnante supplémentaire précitée, autour du guide d'ondes. L'homme de métier comprendra que la forme et les dimensions de ladite cavité supplémentaire, autour du guide d'ondes, c'est-à-dire autour de la cavité résonnante existant déjà normalement dans le guide d'ondes (et à laquelle l'art antérieur se limite strictement) peuvent être tout à fait variées en fonction de l'application envisagée et de l'appareil. On citera notamment les formes symétriques, et notamment les formes constituées de au moins une base de cône, une forme sphérique, une forme de volume ellipsoidal ou analogue, la partie la plus large s'ouvrant dans tous les cas dans le guide d'ondes. La partie supérieure de ces nouvelles cheminées doit être aussi proche que possible du réacteur pour empêcher les fuites d'ondes. Cette partie peut prendre des formes diverses, comme à titre d'exemples non limitatifs, des formes cylindriques à section circulaire, ou rectangulaire ou carrée. Elle peut également comprendre différentes formes successives. Néanmoins, la forme la plus communément utilisée est la forme cylindrique à section circulaire pour respecter au mieux la forme du réacteur et éviter la présence d'arêtes favorisant les arcs électriques. La hauteur de cette partie de cheminée est déterminée de manière à exclure toute fuite d'ondes. L'homme de l'art comprendra que cette partie supérieure peut ne pas être présente dans le cas de systèmes entièrement blindés. Dans ce type de configuration, le problème des fuites d'ondes vers l'extérieur est en effet supprimé car tout le sytème représente alors une cavité résonnante. La partie inférieure de ces cheminées doit être de forme évasée de manière à empêcher les arcs électriques au niveau du guide d'onde. Pour cela, on peut citer, à titre d'exemples non limitatifs les formes coniques et/ou sphériques avec des angles variables par rapport à la verticale, les formes pyramidales à base carrée ou rectangulaire. Comme précédemment, cette partie de cheminée peut présenter une combinaison de ces différentes formes. Le principal paramètre qui doit être pris en compte est le diamètre de base de ces formes évasées : il ne doit pas dépasser la largeur du guide d'onde. Une fois le diamètre choisi, la hauteur et l'angle d'ouverture de la partie évasée sont fixés en fonction de la puissance utilisée. Dans le cas des applicateurs micro-onde monomode, sous 2450MHz, la largeur du guide d'onde préconisée pour rester en mode TE 0.1 (Transverse Electrique) se situe entre 70 et 100 mm environ. Le mode fondamental d'excitation TE 0.1 permet à l'onde de se propager selon une seule arche. Au dessous de 70mm, l'onde ne se propage pas (fréquence de coupure). Au delà de 100mm, le mode change en TE 0.2 avec deux maxima de champ, impliquant un chauffage moins homogène. L'homme de l'art comprendra que l'invention s'applique également aux autres fréquences micro-ondes et aux hautes fréquences et qu'un raisonnement similaire peut être tenu pour toutes ces fréquences. Toutes les formes géométriques et leurs combinaisons sont envisageables mais pour des raisons de simplicité et de coût, il convient de travailler de préférence avec des cheminées de formes et dimensions identiques de part et d'autre du guide d'onde ainsi qu'avec un minimum de combinaisons pour chacune d'entre elles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, et des exemples non limitatifs ci-dessous. Sur les figures 1 à 15 annexées, les références ont la signification suivante : M W milliwatmètre SR'système de refroidissement zu iris (sorte de diaphragme réglable) AP applicateur avec cheminée (s) P piston de court-circuit B C bi-coupleur SA système de stub automatique (vis mobiles plongeantes) C organe de sécurité (circulateur) S R systèmes de refroidissement TMO tête micro-ondes G générateur à magnétrons GO guide d'ondes R réacteur soumis aux ondes C H cheminée (s) PS partie supérieure de cheminée P I partie inférieure de cheminée V1, V2, V3, V4 volumes (figure 16) EXEMPLES Les exemples ci-dessous mettent en valeur l'intérêt de l'invention, ainsi que ses variantes, et permettront à l'homme de métier d'extrapoler facilement à d'autres dimensions et/ou géométries, sans sortir du cadre de l'invention. Les exemples suivants, nullement limitatifs, illustrent l'intérêt de l'invention. Ils visent à montrer que les applicateurs micro-ondes et hautes fréquences usuels ne sont pas adaptés à tous les produits, et plus particulièrement aux produits peu absorbants. Pour pouvoir chauffer ces produits sans risque de claquage, il convient de modifier la forme de la cheminée de ces applicateurs. Les exemples montrent également les difficultés successives rencontrées dans la mise au point de la présente invention. 1- Appareils utilisés Le dispositif micro-onde comprend différents éléments : (cf. Figure 1) Le système micro-ondes est composé d'un générateur à magnétrons G fonctionnant à la fréquence de 2450 MHz (À=12cm), sous une puissance allant jusqu'à 6kW. Le générateur transmet l'énergie à la tête micro-onde TMO qui va transformer les hautes tensions, l'énergie, en micro-ondes. Le circulateur C est un organe de sécurité qui laisse passer les ondes incidentes et fait dériver les ondes réfléchies vers une charge à eau où les ondes sont absorbées, ce qui augmente la température de l'eau. Le bi-coupleur BC permet de connaître les puissances réfléchie et incidente grâce au milliwatmètre MW. Le système de stub automatique SA est composé de 4 vis plongeantes dans le guide permettant d'atténuer la puissance réfléchie du système. - L'iris 1 et le piston de court circuit P permettent d'adapter le système micro-onde à la substance à traiter. Autrement dit, pour favoriser une meilleure absorption de la puissance émise du générateur par la substance, le champ électrique doit être maximal au niveau de la solution, ce qui est réalisable par un réglage approprié de ces deux éléments. - Le système est muni de deux systèmes de refroidissement SR pour éviter toute surchauffe. - La substance est placée dans l'applicateur AP formé de cavités mono-modes qui résonnent à la fréquence d'émission selon un rayonnement dans le sens du guide. Le pilote s'adapte sur le système micro-onde. Il comprend le réacteur microondes, positionné dans le champ du guide d'ondes. Les essais peuvent être menés en statique ou en dynamique. Il-Résultats : Les essais sont réalisés à l'aide d'un générateur à magnétrons de 6kW fonctionnant à la fréquence de 2450MHz. L'applicateur mono-mode est réalisé sur la base d'un guide d'ondes rectangulaire de largeur 86 mm et de hauteur 43 mm. Dans ce type d'applicateur, la distribution du champ électrique est localisée et le réacteur Pyrex est placé en interaction maximale avec ce dernier grâce à un piston de court-circuit. Un dispositif d'accord d'impédance, placé entre le générateur et l'applicateur, assure également les réglages nécessaires au transfert optimal de l'énergie dans le produit à traiter. Les essais sont menés en statique et en dynamique. Deux types de cheminées CH sont testées sur deux types de produits : - cheminées usuelles, cylindriques. (cf figure 3) - cheminées coniques. (cf figure 4) et - eau : molécule polaire aux caractéristiques diélectriques élevées - huile de colza : molécule aux caractéristiques diélectriques faibles Les valeurs des caractéristiques diélectriques de ces produits figurent dans le tableau ci-dessous : E'permitivité relative e"facteur de pertes Tan 5 angle de pertes eau 80 20 0, 25 Huile de 4,5 0,2 0,044 colza Les expériences réalisées sur 1,5 kg de produit montrent l'efficacité de ces nouvelles cheminées : Cheminée Puissance eau huile de colza testée Usuelle (cylindrique) 2 kW pas d'arc arc en 10min Conique (invention) 4 kW pas d'arc pas d'arc 111- Essais réalisés Tous les essais sont réalisés avec de l'huile de colza. a-test avec deux cheminées usuelles (art antérieur) de hauteur 95 et 65 mm. et un réacteur micro-onde de diamètre 30mm. Cf figure 5 Le test est effectué sur de l'huile de Colza avec un tube de diamètre intérieur 30mm et de hauteur 1 m. P émise (kW) P réfléchie Fuites remarques (W) (mW/cm2) 0. 5 160 0-0.2 1 279 0.3 Arc, 2 600 0. 4 verre déformé Au moment où l'arc s'est formé, la température était de 240 C. L'arc n'a pas cassé le verre mais l'a déformé. L'impact a eu lieu juste au commencement de la cheminée du haut. Cf. Figure 6 Les endroits du réacteur les plus sujets aux arcs sont ceux où la distance guide d'onde-réacteur-cheminée est la plus faible, Cf. Figure 7 Ces arcs proviennent d'un champ électrique trop fort. On a alors cherché à augmenter le volume de produit exposé au champ. b-changement de configuration Le guide d'onde est modifié de manière à exposer un volume plus grand au champ. Ancienne configuration : Dans l'ancienne configuration, le réacteur traverse le guide d'ondes perpendiculairement au sens de propagation des ondes. Cf. Figure 8 Cf. Figure 9 et Figure 10 Longueur totale = 77.86cm Or kg/2 = 8.66 8 (kg/2 = 69,28 9 (Ag/2) = 77,94 9 demi-périodes sont comptabilisées entre l'iris et le piston Nouvelle configuration : Dans la nouvelle configuration, le réacteur traverse le guide d'ondes parallèlement au sens de propagation des ondes. Cf. Figure 11 et Figure 12 Longueur totale = 63 cm 7 (#g/2) = 60,62 8(#g/2) = 69,28 Un peu plus de 7 demi-périodes sont comptabilisées entre l'iris et le piston. Des essais de montée en puissance sont effectués avec le réacteur rempli d'huile de Colza. Avec 5kW, un arc se produit en 5 min. Avec 2 kW, il apparaît au bout de 36 min. Dans les deux cas, la température atteinte ne dépasse pas la température de palier souhaitée. L'impact de l'arc se situe encore une fois à la jonction réacteur-cheminée-guide d'onde : Cf. Figure 13 Pour limiter la présence d'arcs électriques, il faut donc que le réacteur ne soit pas trop près du guide d'onde. L'ancienne configuration (disposition verticale) apporte de meilleurs résultats. Les prochains essais sont réalisés avec cette première configuration mais avec de nouvelles formes de cheminées. c-utilisation de cheminées coniques Deux critères sont à prendre en compte : 1-le volume exposé au champ 2-la distance entre le réacteur et le guide d'onde-la cheminée De nouvelles cheminées sont conçues pour répondre à ces deux critères. Elles sont dites coniques. Plus exactement, elles comprennent une partie cylindrique usuelle et une partie conique au niveau du guide d'onde. Elles remplacent les cheminées droites, cylindriques. Cf figures 3 et 4 Les réacteurs micro-onde peuvent alors prendre des formes différentes: Cf. Figure 14 et Figure 15 Avec approximativement : Vs = 4, 33 * n * x2/4 V2 = 9, 95 * n * 3 2/4 = 70, 33cm2 V3+V4 = 9. 95 * n * (x-3) 2/4 Pour x=3cm, Vtotal = 171, 2cm2- Pour x=5cm, Vtotal = 282cm2 Pour x=6cm, Vtotal = 394, 3cm2 Des tests de puissance sont effectués sur les réacteurs de diamètre 50mm (x=5cm) et 30mm (x=3cm) avec 4 kW. Avec le réacteur de 50 mm, un arc se produit au bout de 6 min. Le réacteur est trop proche du guide d'onde. Par contre, avec le réacteur de 30 mm de diamètre (réacteur droit), aucun arc ne se produit. Les seuls arcs qui peuvent se produire arrivent quand le réacteur est mal centré. d- Ventilation par de l'air humide Des essais complémentaires sont effectués pour optimiser un peu plus encore les résultats obtenus avec ces nouvelles cheminées. Les essais sont réalisés avec les cheminées coniques et un réacteur droit de diamètre 30mm (meilleures conditions, cf))-c) Pour évacuer l'électricité statique, il faut favoriser une bonne ventilation par de l'air humide ou par un autre gaz comparable au niveau de ses constantes diélectriques (exemple : SF6 sous 1 bar). Dans le cas présent, de la vapeur d'eau est injectée au niveau de l'applicateur. Pour éviter que l'eau se condense sur les parois du réacteur, il est nécessaire d'ajouter une aspiration à la sortie des cheminées. Avec une faible aspiration, un arc se produit à 2820C sous Pi=5kW. Avec une très forte aspiration, un arc se produit à 2840C sous Pi=6kW. Mais aucun arc apparaît à 5kW. Ventiler avec de l'air humide améliore donc les résultats. Néanmoins, la ventilation doit être suffisamment élevée pour jouer un réel effet. Conclusion des essais : Les essais réalisés sous 2450MHz montrent que le système des cheminées en forme conique permet enfin d'éviter les arcs électriques sous forte puissance émise (4 kW au lieu de 2kW avec les cheminées usuelles). En travaillant à de telles puissances, la température de palier souhaitée (jusqu'à 4000C) est atteinte très rapidement, c'est à dire en moins de 15 min pour le traitement de 1 kg de produit. On utilisera de manière tout à fait préférée, et non limitative, les dimensions et formes représentées sur la Figure 4, qui représente à ce jour le meilleur mode de réalisation de l'invention. Il s'agit comme on le voit d'une cheminée à partie inférieure conique et à partie supérieure cylindrique. L'invention couvre également tous les modes de réalisation et toutes les applications qui seront directement accessibles à l'homme de métier à la lecture de la présente demande, de ses connaissances propres, et éventuellement d'essais simples de routine. REVENDICATIONS 1 Applicateur d'énergie pour le chauffage diélectrique de tout composé, sous fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique avec une densité de puissance relative supérieure à celle des applicateurs usuels, sans risque d'arcs électriques ou claquage , quelles que soient ses constantes diélectriques, du type comportant un guide d'ondes et des cheminées latérales, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cavité résonnante qui s'étend autour du guide d'ondes, pour le traitement du produit. 2 Applicateur d'énergie pour le chauffage diélectrique de tout composé, sous fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique avec une densité de puissance relative supérieure à celle des applicateurs usuels, sans risque d'arcs électriques ou claquage , quelles que soient ses constantes diélectriques, du type comportant un guide d'ondes et des cheminées latérales, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cheminée de géométrie adaptée pour former une cavité résonnante autour du guide d'ondes, pour le traitement du produit considéré. 3 Applicateur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que cette cavité est formée de chaque côté du guide d'ondes. 4 Applicateur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que cette cavité est formée autour du guide d'ondes par une ou plusieurs cheminées. 5 Applicateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la ou les cheminées sont placée (s) de chaque côté du guide d'ondes, autour de ladite cavité résonnante. 6 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la forme de ladite cavité formée autour du guide d'ondes, est choisie parmi : tes formes symétriques, tes formes constituées de au moins une base de cône, une forme sphérique, une forme de volume ellipsoidal, la partie la plus large s'ouvrant dans le guide d'ondes. 7 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs cheminées de géométrie identique. 8 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que les cheminées sont composées de deux parties principales : une partie supérieure qui doit être la plus proche possible du réacteur pour empêcher les fuites d'ondes vers l'extérieur et une partie inférieure de forme évasée vers le guide d'onde pour éviter les arcs électriques. 9 Applicateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que La partie supérieure des cheminées doit être aussi proche que possible du réacteur pour empêcher les fuites d'ondes et peut prendre des formes cylindriques à section circulaire, ou rectangulaire ou carrée. 10 Applicateur selon la revendication 9 caractérisé en ce que les cheminées ont une géométrie constituée de différentes formes successives. 11 Applicateur selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que la partie supérieure des cheminées présente une forme cylindrique à section circulaire pour respecter au mieux la forme du réacteur et éviter la présence d'arêtes favorisant les arcs électriques. La hauteur de cette partie de cheminée est déterminée de manière à exclure toute fuite d'ondes. 1 2 Applicateur selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que la partie inférieure, c'est-à-dire proche du guide d'ondes, de ces cheminées est de forme évasée. 13 Applicateur selon la revendication 12 caractérisé en ce que ladite forme est choisie parmi les formes coniques ou sphériques avec des angles variables par rapport à la verticale, les formes pyramidales à base carrée ou rectangulaire. 14 Applicateur selon la revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que le diamètre de base de ces formes évasées ne doit pas dépasser la largeur du guide d'onde et ensuite la hauteur et l'angle d'ouverture de la partie évasée sont fixés en fonction de la puissance utilisée. 15 Applicateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisés en ce que il s'agit d'applicateurs micro-ondes monomode, sous 2450 MHz, et en ce que la largeur du guide d'onde préconisée pour rester en mode TE 0.1 (Transverse Electrique) se situe entre 70 et 100 mm environ, le mode fondamental d'excitation TE 0.1 permettant à l'onde de se propager selon une seule arche. : 1 6 Applicateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisés en ce que il s'agit d'applicateurs travaillant sous d'autres fréquences micro-ondes et aux hautes fréquences. 17 Applicateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que les cheminées comprennent une partie cylindrique usuelle supérieure et une partie conique inférieure au niveau du guide d'onde. 18 Applicateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 caractérisé en ce que il s'agit d'applicateurs hautes fréquences choisis parmi les suivants : - applicateurs de type capacitif formés de deux armatures de condenseur entre lesquelles est appliquée la tension haute fréquence du générateur. Ils sont utilisés pour le traitement thermique de matériaux dont le volume constitue un parallélépipède dont l'un des côtés est suffisamment épais ( > 1 Omm). - applicateurs à barreaux pour matériaux plans, constitués d'électrodes tubulaires ou en barres. Ils sont utilisés pour le traitement thermique de matériaux dont le volume constitue un parallélépipède dont l'un des côtés n'est pas suffisamment épais ( - applicateurs pour matériaux filiformes, formés de boucles. d'applicateurs micro-ondes, choisi parmi : - les applicateurs à champ localisé : cavité monomodale - les applicateurs à champ diffus : cavité multimodale - les applicateurs à champ proche : guide à antennes rayonnantes 19 Applicateurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 caractérisé en ce que on réalise un système résonnant sous micro-ondes par un applicateur à champ localisé ou à champ diffus, 20 Applicateur selon la revendication 19 caractérisé en ce qu'il réalise un système monomode (champ localisé) qui est formé de cavités monomodes résonnant à la fréquence d'émission selon un rayonnement dans le sens du guide. 21 Applicateur selon la revendication 19 caractérisé en ce qu'il réalise un système multimode zu (champ diffus). 22 Applicateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 21 caractérisé en ce que la longueur de chaque cheminée est déterminée de manière à exclure toute fuite d'ondes et à respecter les mesures de sécurité concernant le personnel et les télécommunications. 23 Cheminées pour applicateurs d'énergie pour le chauffage diélectrique de tout composé, sous fréquences micro-ondes ou hautes fréquences, en statique ou en dynamique avec une densité de puissance importante sans risque d'arcs électriques ou claquage , quelles que soient ses constantes diélectriques, caractérisées en ce que elles sont telles que décrites dans l'une quelconque des revendications 1 à 22. 24 Utilisation des applicateurs ou cheminées selon l'une quelconque des revendications 1 à 22 ou 23 pour appliquer des ondes électromagnétiques micro-ondes ou hautes fréquences aussi bien pour des applications thermiques sur des composés absorbant peu les rayonnements que sur des composés aux constantes diélectriques élevées (E' > 5 et E" > 0. 5). 25 Applications selon la revendication 24 pour réaliser des traitements thermiques sur des composés absorbant peu les ondes électromagnétiques ou sur des composés polaires ou polarisés. 26 Applications selon la revendication 24 ou 25 au traitement des esters d'acides gras (insaturés ou non), des hydrocarbures (insaturés ou non), des composés aromatiques et des dérivés de ces derniers, et des produits absorbant les ondes électromagnétiques pour augmenter la capacité de production d'un système donné (alcools gras ou non, acides carboxyliques, amines,...) et à toutes les réactions de la lipochimie avec notamment un intérêt très marqué dans le case des produits qui absorbent peu les ondes électromagnétiques, comme l'isomérisation des acides gras ou des esters d'acides gras mono-ou poly-insaturés, ou des cires, et notamment de l'huile de ricin. 27 Applications selon l'une quelconque des revendications 24 à 26 caractérisées en ce que on réalise toutes les applications thermiques qui font intervenir un seul réactif ou un mélange de réactifs en proportions variables, comme les réactions d'estérification, transestérification, époxydation, sulfatation, phosphitation, amidification, polymérisation, polycondensation, la décoloration, la désodorisation et les systèmes d'élimination de composés volatils. 28 Applications selon l'une quelconque des revendications 24 à 28 pour fabriquer des polymères d'acides gras insaturés, d'esters d'acides gras insaturés, d'hydrocarbures insaturés ou de dérivés de ces produits à l'aide d'un chauffage diélectrique sous micro-ondes. 29 Applications selon l'une quelconque des revendications 24 à 28 caractérisées en ce que en ce que l'on utilise les agents chimiques choisis parmi les suivants : Réactifs : - les produits absorbants peu les ondes électromagnétiques, ou les produits absorbants beaucoup ou un mélange des deux, additivés ou non de catalyseurs ou adjuvants absorbants peu ou beaucoup : produits absorbant beaucoup : les alcools gras ou non, les amines grasses ou non, les acides carboxyliques, les acétals, les cétones, les émois, les peracides, les époxydes et les composés chimiques comprenant une fonction polaire ou polarisée, comme alcools : sorbitol, glycérol, mannitol, glycols, vitamines (par exemple tocophérol, acide ascorbique, rétinol), les polyphénols, les stérols (dont les phytostérols) et, comme amines, l'ammoniaque, les amines alkyles primaires, secondaires, tertiaires (méthylamine ; diméthylamine ; triméthylamine ; diéthylamine), les amines grasses (amines oléiques ; amines alkyles de coco), les aminoalcools (monoéthanolamine MEA ; diéthanolamine DEA ; triéthanolamine TEA ; 3-amino 1, 2-propandiol ; 1-amino 2-propanol), les amines éthoxylées (2-2'-amino éthoxy éthanol ; amino 1-méthoxy-3- propane), saturées ou non, linéaires ou ramifiées. catalyseurs ou adjuvants: les catalyseurs acides comme acide paratoluènesulfonique, acide sulfurique, acide phosphorique, acide perchlorique), les catalyseurs basiques comme soude, potasse, alcoolates de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux, acétate de sodium, triéthylamines, dérivés de pyridine, les résines acides et/ou basiques de type AmberliteTM, Amberlysf, PuroliteTM, DowexTM, Lewatitrm, les zéolithes et les enzymes, et les noirs de carbone. produits absorbants peu : les huiles et graisses animales ou végétales et les polyterpènes dont ceux issus desdites huiles et graisses, huiles ou graisses d'origine animale : l'huile de cachalot, l'huile de dauphin, l'huile de baleine, l'huile de phoque, l'huile de sardine, l'huile de hareng, l'huile de squale, l'huile de foie de morue, l'huile de pied de boeuf, les graisses de boeuf, de porc, de cheval, de mouton (suifs). huiles d'origine végétale : l'huile de colza, l'huile de tournesol, l'huile d'arachide, l'huile d'olive, l'huile de noix, l'huile de maïs, l'huile de soja, l'huile de lin, l'huile de chanvre, l'huile de pépins de raisin, l'huile de coprah, l'huile de palme, l'huile de graine de coton, l'huile de babassu, l'huile de jojoba, l'huile de sésame, l'huile de ricin, l'huile de ricin déshydratée, l'huile de noisette, l'huile de germe de blé, l'huile de bourrache, l'huile d'onagre, l'huile de tall ou tall oil". composants d'huiles animales ou végétales : le squalène extrait des insaponifiables des huiles végétales (l'huile d'olive, l'huile d'arachide, l'huile de colza, l'huile de germe de maïs, l'huile de coton, l'huile de lin, l'huile de germe de blé, l'huile de son de riz) ou le squalène contenu dans l'huile de squale. * lesdites huiles et graisses d'origine animale ou végétale, ainsi que leurs dérivés, pouvant subir un traitement préalable visant à les rendre plus réactifs ou au contraire moins réactifs hydrocarbures insaturés : un alcène, par exemple un ou des hydrocarbures terpéniques, c'est à dire un ou des polymères de l'isoprène, ou un ou des polymères de l'isobutène, du styrène, de l'éthylène, du butadiène, de l'isoprène, du propène, ou un ou des copolymères de ces alcènes, seuls ou en mélanges, acides gras ou esters d'acides gras mono-ou poly-insaturés, cires, huile de ricin.