Compte tenu de sa géométrie coudée, la molécule d’eau est une molécule polaire. En effet, la répartition de ses charges positives et négatives, est dissymétrique et conduit à un pôle positif et un négatif qui ne sont pas confondus. Ainsi soumise à un champ électrique, son moment dipolaire va s’orienter dans le sens de ce dernier.

Si ce champ électrique est alternatif, la molécule s’oriente alternativement dans un sens puis dans l’autre. Il se trouve que pour des fréquences correspondant aux micro-ondes, soient comprises entre 300 GHz et 1 GHz,   la molécule entre en résonance : Elle absorbe fortement les ondes électromagnétiques correspondant et oscille parfaitement en suivant l’orientation du champ électrique

Dans les fours à micro-ondes, la fréquence utilisée est de 2,450 GHz, ce qui correspond à une longueur d’onde dans le vide λ₀ = 12,24 cm .

La molécule effectue ainsi environ 2,5 milliards de fois par seconde ce changement d’orientation alternatif. Les oscillations effectuées par la molécule d’eau créent un échauffement dû aux frottements contre les atomes ou molécules avec lesquels elle est en contact. C’est ce dégagement de chaleur qui va faire monter la température du bois.

Nous avons voulu savoir si la volume du morceau de bois avait une importance sur son réchauffement. Nous avons donc formulé l’hypothèse que la température atteinte au cœur d’un morceau de bois varie en fonction de son volume pour un même temps d’irradiation.

Protocole expérimental : nous avons découpé deux pavés dans du bois de pin car c’est à ce bois que s’attaque le plus souvent la mérule. L’un 8 fois plus volumineux que l’autre : Nous les avons irradiés séparément pendant 20 s puis relevé la température à l’aide d’un thermomètre à sonde dans un trou préalablement foré.

 Tableau n°2 : Mesure de la température atteinte au cœur des deux morceaux de bois

Résultats obtenus : on voit tout d’abord que le petit échantillon a atteint une température au cœur du bois bien supérieure au deuxième pavé (x1,6). Lors de la prise de température du petit échantillon la mesure au cœur est restée stable puis décroissante. Alors que pour le pavé le plus volumineux, on a observé une augmentation de la température sur environ 30 secondes puis décroissance pour revenir à température ambiante

Conclusion : Lors du chauffage du bois dans un four micro-ondes, la répartition des ondes n’est pas uniforme d’où le plateau tournant.

Tout en pénétrant dans le bois le rayonnement micro-onde est de moins en moins intense car absorbé par sa surface. Ce qui va aider la chaleur à se répandre au cœur du bois est le phénomène de conduction qui est plus efficaces en présence d’humidité car la conductivité thermique de l’eau est 2 à 3 fois supérieure à celle du bois. Les micro-ondes sont capables de chauffer en profondeurs aidées du phénomène de conduction (propagation de la chaleur de proche en proche).

Remarque : Lorsque nous avons découvert que la seule source de réchauffement n’était pas le phénomène de rayonnement, mais également de conduction, nous avons souhaité conforter cette hypothèse en utilisant de la pâte à modeler à laquelle nous avons ajouté du glucose et de la liqueur de Fehling. Après passage 30 s au four à micro-ondes à une puissance de 750 W, nous avons pu constater que la liqueur de Fehling avait bien pris une couleur rouge brique en surface alors que le centre de la pâte à modeler n’avait pas encore eu le temps de chauffer suffisamment et entraîner la transformation du réactif de Fehling. .

C’est donc en se basant sur ce principe que nous souhaitons détruire la mérule. Nous avons donc voulu savoir si en effet les micro-ondes pourraient éradiquer la mérule et ses spores au sein d’un morceau de bois.

a) Les micro-ondes peuvent-elles tuer la mérule ?

 Pour répondre à cette question nous avons voulu nous procurer un échantillon de mérule contenant des spores ainsi que des filaments mycéliens. Depuis nous avons pris contact avec un expert de la mérule, monsieur Simon qui travaille dans une entreprise qui fait des expertises et traite la mérule dans les habitations. Nous avons fait une réunion téléphonique ensemble pendant laquelle il nous a beaucoup éclairé sur la ténacité des champignons lignivores qui se propagent rapidement. Mais il nous a avant tout parlé du milieu de culture optimal de la mérule qu’il côtoie quotidiennement. Par la suite il nous a envoyé une fructification (photo ci-contre) trouvée sur l’un de ces chantiers (donc gorgée de spores et de filaments frais, très dangereux) pour que l’on puisse tenter des expériences de mise en culture.

On formule l’hypothèse suivante : Une irradiation aux micro-ondes permettant de dépasser une température de 73°C conduit à la mort de la mérule.

Expérience: mise en culture de mérule dans une cave

Protocole expérimental :

-     Nous avons pris trois morceaux de fructification : l’échantillon 1 sert de témoin et les échantillons 2 et 3 que l’on passe au four à micro-ondes (750 W) plus ou moins longtemps.

-     Nous les avons mis en culture dans des conditions de développement les plus optimales possibles mais dans des lieux différents pour qu’il n’y ait pas de transfert de spores.

-     Nous avons observé le développement de chaque échantillon.

    Si les échantillons irradiés ne se développent pas alors que le témoin parvient à se développer alors notre traitement par les micro-ondes fonctionne.

Réalisation :

-      Passage des échantillons aux radiations :

1 : témoin (non irradié) ;  ; 

2 : 15 secondes au four à micro-ondes, la température atteinte par l’échantillon est de 88°C ;

3 : 30 secondes au four à micro-ondes, la température atteinte par l’échantillon est de 74°C.

-      Mise en culture :

La mise en culture s’est faite dans une cave sombre à environ 11°C sur de buchettes de pin maritime à environ 30% d’humidité. Nous avons contrôlé l’humidité du bois à l’aide d’un humidimètre (voir ci-contre). Les échantillons de mérule ont été humidifiés régulièrement à l’aide d’un vaporisateur d’eau.

Résultats obtenus au bout de 2 semaines :

Comme le montre ses photographies, on observe un voile blanc à la surface de l’échantillon témoin qui commence à s’étendre au bois qui lui a servi de substrat. Celui-ci correspond à des filaments mycéliens. La mérule s’est donc développée. Néanmoins, ce développement semble relativement lent ce qui peut s’expliquer par la température peu élevée de la cave (11°C).

Pour les échantillons de mérule 2 et 3 qui ont été exposés aux micro-ondes et ayant atteint une température supérieure à 73°C, on observe aucun développement de filaments mycéliens ni sur l’échantillon ni sur le bois. Nous avons remarqué également que ce champignon était de plus en plus sombre et sec malgré l’humidification régulière. On en a déduit que la mérule ne se développe plus et pouvait être morte.

Conclusion : les échantillons irradiés ne se sont pas développés contrairement à l’échantillon témoin ce qui nous a permis de valider notre hypothèse.

Expérience: mise en culture de mérule sur milieu gélosé

  Les résultats de l’expérience précédente étant concluants, nous avons cherché à vérifier s’ils étaient reproductibles. Par ailleurs, malgré notre enthousiasme nous nous sommes interrogés tout de même sur la nature des filaments mycéliens observés : est ce bien de la mérule ? ou un autre champignon présent dans la cave ? Une moisissure qui se serait développée à la surface de notre échantillon de mérule. Nous avons envisagé donc de faire une mise en culture en laboratoire ce qui devait nous permettre de ne mettre en culture que de la mérule et de mieux contrôler les conditions du milieu. Nous avons pu ainsi placer de la mérule à sa température optimale de développement et aussi arrêter de prendre de risque pour la maison qui a été le lieu de nos expérimentations !

Protocole expérimental :

 -     Nous avons découpé des échantillons d’environ 1cm³ de fructification de mérule donc contenant des spores ;

 -     Nous avons gardé 3 échantillons témoins et les autres sont passés au four microonde en faisant varier le temps d’irradiation (15s, 30s, 45s, 1m et 1m15) ;

 -     Puis dans des conditions stériles, nous avons déposé des spores dans des boîtes de pétri en frottant délicatement nos échantillons sur de la gélose PDA (Potato Dextrose Agar), un milieu de culture propice au développement des champignons ;

 -     Nous avons placé ensuite les cultures dans une étuve à 25°C ;

 -     Nous avons observé la différence de développement entre cultures témoins et cultures irradiées.

 Résultats obtenus :

Après 4 jours dans l’étuve à 25°C, toutes les cultures irradiées de 15s à 1min15s n’ont présenté aucune évolution. Comme on peut le voir sur ces photos, il est encore possible de voir sur la gélose des fragments de fructification déposés initialement.

A l’inverse, les 3 boîtes témoins sont quasiment identiques. On observe à l’œil nu le développement de filaments mycéliens.

 Conclusion : La mise en culture de fragments de fructifications contenant des spores a abouti au développement de filaments mycéliens alors que lorsque ces derniers ont été irradiés à l’aide de micro-ondes, nous n’avons observé aucun développement. Ces résultats confortent donc notre hypothèse. Les micro-ondes semblent bien avoir tué la mérule.

Des filaments mycéliens peuvent provenir de la croissance de filaments déjà existants ou de la germination de spores. D’après nos résultats, nous pouvons donc penser que notre traitement aux micro-ondes détruit les filaments mycéliens mais également qu’il a empêché les spores de germer. C’est ce que nous avons tenté de montrer dans l’expérience suivante.

b) Les micro-ondes ont-elles un effet sur les spores de la mérule ?

 Un traitement du bois efficace contre la mérule doit permettre de tuer le champignon au sein du bois mais doit aussi détruire les spores. Or les spores, par définition, possèdent des propriétés de résistance remarquables. Les spores de mérule peuvent survivre au sein du bois pendant plusieurs années même dans des conditions défavorables. De plus, distinguer une spore « vivante » d’une spore « morte » n’est pas si évident que ça ! Une spore morte est une spore qui n’est plus capable de germer pour redonner un filament mycélien. D’après nos résultats précédents, les cultures contenant des spores de mérule n’avaient pas développé de filaments mycéliens ce qui nous a conduit à formuler l’hypothèse suivante : le traitement par les micro-ondes permet de tuer les spores de mérule empêchant ainsi leur germination.

Protocole expérimental :

 Afin de tester notre hypothèse, nous envisageons plusieurs observations microscopiques :

 -     Tout d’abord, nous avons observé les spores de la mérule qui a servi à nos mises en culture (témoin) ;

 -     Nous avons ensuite réalisé des prélèvements dans nos boites de Pétri de l’expérience précédente au sein de boites non irradiées et au sein de boites irradiées aux micro-ondes.

 Si notre hypothèse est vraie alors, nous espérions pouvoir observer des spores en train de germer au sein des boites non irradiées et une absence de germination des spores au sein des boites irradiées. De plus, nous espérions aussi observer une différence d’aspect des spores après leur traitement aux micro-ondes.

Résultats obtenus :

Spores de mérule observées au microscope optique (grossissement x600)

                  Spores vivantes                                   Spores irradiées

                                                     Spore vivant en germination

 -    On constate que les spores de mérule ont une forme caractéristique. Nos observations correspondent aux images de spores de mérule que nous avions trouvé lors de nos recherches. Elles ont une forme « ovale » et paraissent « pleines ».

 -             Les spores provenant de boites irradiées (ici après un passage d’1 minute au four à micro-ondes) présentent une forme légèrement différente. Elles sont incurvées et présentent une sorte de concavité, un peu comme si elles avaient perdu leur contenu.

 -             Les spores provenant de boites non irradiées ont conservé leur forme caractéristique. En réalisant de très nombreuses préparations microscopiques, nous avons pu observer parfois des spores qui semblaient en train de germer.

Conclusion :

Ces observations sont en accord avec notre hypothèse. Les spores qui n’ont pas subi de traitement aux micro-ondes sont « vivantes ». Elles sont capables lorsqu’elles sont placées dans des conditions favorables de germer générant ainsi un mycélium primaire. A l’inverse, les spores ayant été soumises à des températures élevées grâce à l’utilisation des micro-ondes semblent mortes. Elles auraient perdu leur capacité à germer.

Néanmoins, notre expérience reste critiquable. Nous n’avons observé aucune spore en train de germer dans nos boites de Pétri irradiées mais est ce vraiment la preuve qu’elles sont détruites de façon irréversible ? De plus, nous aurions aimé pouvoir observer les spores de mérule à un grossissement plus élevé ou à l’aide d’un microscope électronique de façon à mieux comprendre l’effet des micro-ondes sur la structure des spores, peut-être que cela sera possible après nos épreuves du baccalauréat à la faculté de Tours.

Maintenant que nous avons pu mettre en évidence l’efficacité des micro-ondes sur l’éradication de la mérule au sein d’un bois, il nous semble important de vérifier que ce traitement est sans conséquence sur le bois.

 a) Y a-t-il une perte de masse ?

Lors de l’élévation de la température du bois, il est logique qu’il y ait perte de masse suite à l’évaporation de l’eau qu’il contient ou même sa vaporisation puisque la température atteinte peut dépasser 100°C. Ainsi nous avons voulu le vérifier.

 Protocole expérimental :

Afin de tester notre hypothèse, nous avons pris trois morceaux de bois identiques, de même variété, de volume voisin, avec un trou au centre pour pouvoir mesurer la température atteinte après plusieurs irradiations successives de 15 s.

 Résultats obtenus :

Tableau 3 : estimation de la perte de masse pour différents morceaux de bois après chauffage

On observe dans un premier temps, une perte de masse évidente entre la masse initiale et la masse après le septième passage. Elle se chiffre respectivement à 25,6%; 26,0% ; 26,1% pour les morceaux 1, 2 et 3. Cette perte de masse est due à l’évaporation de l’eau contenue dans le bois. On peut le confirmer en regardant l’humidité de l’échantillon qui diminue après chaque chauffage. Mais à partir de la quatrième irradiation, la masse n’évolue que très peu car le bois est presque sec donc il n’y a plus d’évaporation, et les températures atteintes sont de moins en moins importantes pour un même temps d’irradiation. A la fin de nos expériences les morceaux de bois étaient à 7-9% d’humidité.

On remarque aussi que pour un même temps d’irradiation les morceaux de bois atteignent des températures de moins en moins importantes au fur et à mesure des passages dans le four car les ondes électromagnétiques agitent moins de molécule d’eau du fait qu’elles se sont évaporées ou vaporisées.

Conclusion :

On en conclut que lorsqu’un bois chauffe, il y a une perte de masse liée à l’évaporation de l’eau qu’il contenait.

Cette perte de masse a-t-elle une conséquence sur les propriétés mécaniques du bois liée à une éventuelle dénaturation ?

b) Y a-t-il dénaturation du bois ?

 Pour déterminer ou non l’effet des micro-ondes sur les propriétés du bois, nous avons réalisé l’expérience ci-dessous sur différents échantillons de bois.

Protocole expérimental :

-     Déposer un pic à brochette de diamètre constant (3 mm) sur deux pinces, avec une longueur constante entre les supports (l =9,5cm) ;

-     Suspendre des masses marquées avec un pas de 100 g jusqu’à rupture du pic ;

     Série n°1 : pics sans chauffage aux micro-ondes ;

     Série n°2 : Pics humides et passés 5 min aux micro- ondes ; 

     Série n °3 : Pics passés 5 min aux micro-ondes.

Résultats obtenus :

Cette expérience nous permet de montrer que le chauffage aux micro-ondes ne semble pas altérer la résistance du bois à la rupture. Au contraire, un assèchement du bois semblerait même améliorer sa résistance.

  Tableau 4 : masses nécessaires pour provoquer la rupture des pics à brochettes

Ces observations, nous ont été confirmées par Eric de La Rochère, de l’association Arbocentre. Un traitement thermique compris entre 80 et 100°C ne provoquera pas de modification des qualités mécaniques et structurelle du bois. Il faut atteindre 170 à 180°C pour que la lignine commence à être modifiée. Les traitements thermiques du bois pour en modifier les propriétés de durabilité commencent vers 180°C et vont jusqu’à 230°C.

Exemple de flexion mesurée sur une planche de bois d’épaisseur non renseignée en fonction du poids de la masse accrochée en kN (P = mg).D’après ces données, on remarque qu’un bois traité au delà de 190°C, est plus tendre et se rompt beaucoup plus facilement.

Le FCBA fait des tests de traction, flexion, compression pour caractériser les pièces de bois. Nous sommes entrés en contact avec les laboratoires de Toulouse et espérons nous y rendre après nos épreuves de bac pour tester nos morceaux de bois découpés dans le même échantillon, irradiés ou non

Il n’y a donc pas de risque pour le bois si les températures ne dépassent pas 170°C, il y a juste un séchage du bois. Par contre si le choc thermique est trop fort, des gerces, collapses et autres défauts de séchage peuvent apparaître. Il sera dont important de contrôler la température lors d’un traitement aux micro-ondes pour qu’elle soit suffisante pour tuer la mérule. Mais comment mettre en œuvre ce chauffage par micro-ondes, une maison ne pouvant entrer dans un four à micro-ondes ?