Compatibilité électromagnétique

La compatibilité électromagnétique est l'aptitude d'un appareil ou d'un système électrique, ou électronique, à fonctionner dans son environnement électromagnétique de façon satisfaisante, sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques...



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Compatibilité électromagnétique - Électronique

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  • La compatibilité électromagnétique (CEM) d'un appareil n'est atteinte, ..... ner les courants induits par les champs électromagnétiques intérieurs ou exté-... (source : montena)
  • intensité du champ magnétique H en A/m. Tests en CEM... un champ électromagnétique et vice versa un champ peut induire un courant... Pour les tests d'immunité, on plonge l'appareil dans un environnement électromagnétique crée par un... (source : stielec.ac-aix-marseille)
Chambre anéchoïque RF utilisée pour les essais CEM (émissions et immunités rayonnées)

La compatibilité électromagnétique (CEM) est l'aptitude d'un appareil ou d'un système électrique, ou électronique, à fonctionner dans son environnement électromagnétique de façon satisfaisante, sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques inacceptables pour tout ce qui se trouve dans cet environnement.

Une bonne compatibilité électromagnétique décrit un état de «bon voisinage électromagnétique» :

Les bruits électromagnétiques et radioélectriques sont le résultat de l'ensemble des courants électriques induisant une grande variété de champs et signaux parasites.

La norme CEI 61000 de la Commission électrotechnique internationale et les publications du CISPR (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) établissent des méthodes d'évaluation des perturbations, mais aussi des limites de niveau de perturbation à ne pas dépasser ou à supporter dans un environnement donné.

Définitions

CEM

Perturbation électromagnétique : Phénomène électromagnétique susceptible de créer des troubles de fonctionnement d'un système, d'un appareil, ou d'un dispositif ou d'affecter défavorablement la matière vivante ou inerte. Une perturbation électromagnétique peut être un bruit, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même.

Pollution électromagnétique : La majorité des équipements électriques et électroniques génèrent des champs électromagnétiques perceptibles dans leur environnement; la totalité de ces champs créée une véritable pollution qui perturbe quelquefois le fonctionnement d'autres équipements. Ainsi, il est interdit d'utiliser un téléphone portable dans un avion parce qu'il émet un champ électromagnétique auxquels les dispositifs radioélectriques d'aide au pilotage (navigation, décollage / atterrissage) risquent d'être sensibles.

La compatibilité électromagnétique, par extension (ou abus de langage), sert à désigner en outre :

Compatibilités électromagnétiques (au pluriel)  : compatibilité entre émetteurs et récepteurs volontaires colocalisés (par exemples, les antennes positionnées sur un même avion, un même bateau ou un même toit d'immeuble).

Émission / Susceptibilité

La compatibilité devant être assurée dans les deux sens, on est conduit à définir deux types de phénomènes :

Phénoménologie CEM : le modèle «source/couplage/victime»

Qu'il s'agisse d'émission ou de susceptibilité (ce n'est qu'une question de direction), le phénomène ne se produit (ou n'est gênant) que s'il y a, simultanément :

Qu'un seul de ces éléments soit absent (et pas obligatoirement le couplage, trop fréquemment l'unique pris en considération), et la CEM est restaurée.

La configuration du modèle «source / couplage / victime» dépend de l'échelle à laquelle on le regarde :

  • sur la perturbation du niveau logique ou du diagramme de l'œil (associé au composant électronique) falsifiant un bit,
  • sur le risque que les redondances associées au codage de la trame (par exemple en 1000baseT) ne permettent pas de la reconstituer,
  • sur l'acceptabilité ou non de la réduction de bande passante causée par la réémission de trames perturbées (TCP/IP),
  • sur l'intelligibilité des signaux analogiques reconstitués malgré les trames perturbées (VoIP), etc., etc.

Ce genre de décomposition n'est pas indéfini : on finit toujours par arriver à des sources ultimes (signaux fonctionnels, phénomènes naturels ou intentionnels). Idem pour les victimes. Même à ce stade, on n'est pas complètement démuni… (il est rare de voir un radiotélescope installé dans une zone où les orages sont habituels).

Pour caractériser le comportement d'un appareil indépendamment des autres, les couplages sont obligatoirement décomposés en deux sous couplage : source/environnement et environnement/victime, c'est pour cela que les normes font appels à différents type d'environnements. Résidentiel et commercial léger ou industriel dans la majorité des cas.

Classifications des perturbations

Classification par conduction et rayonnement

Couplage par rayonnement et par conduction

On classe les couplages en deux catégories :

La frontière entre les deux comporte une part d'arbitraire, certaines normes classant certains couplages par champ électrique ou magnétique (mais pas tous…) dans la case «conduction».

D'autre part, pour les couplages par rayonnement, les normes font aussi la distinction entre champs proches et champs lointains : Une source de perturbations électromagnétiques crée au départ fréquemment soit un champ électrique, soit un champ magnétique. Mais à une certaine distance de cette source, l'onde observée sera une onde électromagnétique «plane» (dite aussi «lointaine»), combinaison d'un champ H et d'un champ E, avec le rapport E/H = 120 π (≈377). Cette distance est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde. Ainsi, pour les fréquences élevées, on aura toujours une onde plane dès qu'on s'éloigne légèrement de la source.

La norme pourra exiger un test de susceptibilité au champ E, au champ H ou encore à l'onde plane (ou champ lointain). Les normes exigeront des test à l'onde plane aux fréquences les plus élevées, puisque dans le cas des fréquences élevées, on aura toujours en pratique une onde «plane»


Classification par fréquence

2 types de perturbations :

  • BF :basses fréquences
  • HF :hautes fréquences


Classification par durée

Perturbations permanentes

Ce sont les perturbations provenant principalement :

En général, dans la réglementation, l'immunité de l'appareil doit être suffisante pour éviter une dégradation de fonction au-delà de la spécification.

Perturbations transitoires

Ce sont des perturbations provenant principalement :

Dans la réglementation, il est globalement admis que la susceptibilité de l'appareil permette une dégradation temporaire de fonction, mais avec auto-récupération de cette fonction une fois la perturbation terminée (sans intervention de l'utilisateur).

Classification par type de couplage

On nomme couplage le processus par lequel l'énergie du perturbateur atteint la victime. Chaque fois qu'on parle de courant, de tension ou de champ, on n'oubliera pas qu'il s'agit de grandeurs électriques variables dans le temps.

Couplage par impédance commune

Le circuit électrique du perturbateur possède dans ce cas une impédance commune avec le circuit électrique de la victime. Aux limites de cette impédance commune se trouve une tension générée par le courant passant dans le circuit perturbateur. Comme cette impédance est aussi présente dans le circuit de la victime, cette victime subit cette tension parasite. Exemple : deux appareils sont branchés sur le réseau 230 V : un perturbateur qui génère des tensions parasites sur la tension du réseau, et une victime qui utilise la tension du réseau, et qui récupère en même temps cette tension parasite.

Couplage capacitif

Diaphonie capacitive

Dans ce cas, il existe sur un circuit perturbateur une tension susceptible de produire des perturbations. Il existe aussi une capacité entre ce circuit perturbateur et un autre circuit, qui sera la victime. Par cette capacité, de l'énergie électrique perturbatrice atteint le circuit victime.

Exemple : Le phénomène de diaphonie capacitive. Un conducteur appartenant au circuit perturbateur se trouve dans le même câble qu'un conducteur appartenant au circuit victime. Ces deux conducteurs étant proches, il existe une capacité entre eux, responsable du couplage. Le couplage sera d'autant plus élevé que l'impédance du circuit victime est grande, du fait du pont diviseur de tension constitué de la capacité et de l'impédance de la victime.

Couplage inductif

Diaphonie Inductive

Dans ce cas, il existe dans le circuit perturbateur un courant susceptible de produire des perturbations. À proximité de ce circuit se trouve un circuit victime. Le courant du conducteur du circuit perturbateur produit autour de lui un champ magnétique. Ce champ magnétique induit un courant dans le circuit victime.

Exemple : La diaphonie inductive. Le conducteur du circuit perturbateur se trouve dans le même câble que le conducteur du circuit victime, et induit dans ce dernier une tension parasite. Plus l'impédance du circuit victime sera faible, plus cette tension induira une énergie perturbatrice importante dans le circuit victime.

Couplage par champ électrique

Ce couplage est aussi nommé couplage champ à fil. C'est un champ électrique incident qui va produire une perturbation sur un circuit victime. Remarquons tout de suite que le couplage capacitif cité plus haut est de même nature, puisque la capacité de couplage amène des lignes de champ sur la victime. La différence ici, c'est que le perturbateur est plus éloigné : Au lieu d'identifier le perturbateur lui-même, on identifie le champ électrique qui en est issu.

Exemple : le champ électrique d'impulsion issu d'une bougie d'allumage de moteur atteint l'antenne d'un récepteur autoradio.

Couplage par champ magnétique

Ce couplage est aussi nommé couplage champ à boucle. C'est un champ magnétique, issu d'un perturbateur, qui traverse un circuit victime, et induit par conséquent dans ce circuit une tension parasite. C'est l'induction. Remarquons là aussi que ce couplage est de même nature que le couplage inductif cité plus haut... Au lieu d'identifier le perturbateur lui-même, on identifie le champ magnétique qu'il a généré.

Exemple : un coup de foudre à proximité de la victime (et non dessus). La foudre est une décharge électrostatique caractérisée par un courant de plusieurs dizaines de milliers d'ampères, et de temps de montée de l'ordre de la microseconde. La tension induite dans une boucle est par conséquent importante du fait de la variation importante de l'intensité du courant, mais également de la rapidité de la montée de ce courant.

Couplage par champ électromagnétique

Fréquemment, un perturbateur émet à la fois des champs électriques (dus aux tensions) et des champs magnétiques (dus aux courants)  ; C'est la totalité de ces deux champs qui atteint la victime. Cependant, même si un perturbateur n'émet au départ qu'un champ électrique, les équations de Maxwell montrent qu'à une certaine distance de cette source, un champ magnétique apparaîtra aussi, pour former une onde plane électromagnétique (voir onde électromagnétique). Il en est de même si le perturbateur n'émet au départ qu'un champ magnétique. Cette transformation a lieu à une distance correspondant à une fraction non négligeable de la longueur d'onde. Elle est par conséquent grande pour les fréquences basses, mais courte pour les fréquences élevées. C'est une des raisons pour lesquelles les mesures de CEM ne sont pas les mêmes pour les fréquences basses et pour les fréquences élevées. Pour les fréquences élevées, on aura presque toujours affaire à une onde plane électromagnétique.

Classification par mode de propagation

On entend parler fréquemment des deux modes de propagation : le mode différentiel et le mode commun. On aurait pu inclure ces deux définitions dans les modes de couplages, mais l'importance de ces deux termes, surtout le mode commun, mérite qu'on les définisse avec précision.

Propagation en mode différentiel

Mode différentiel

Soient deux conducteurs connectés à un appareil électrique ou électronique. On dit qu'une tension est appliquée en mode symétrique (ou différentiel) à cet appareil si la tension est présentée entre les deux conducteurs. A titre d'exemple, la tension d'alimentation du secteur est appliquée en mode différentiel. Ou bien toujours la tension présente sur une paire de fils téléphoniques. Si on considère le câble constitué par la totalité des deux conducteurs, la somme algébrique des courants dans ce câble est nulle, dans la mesure où il y a un courant «aller» dans le premier conducteur, et un courant «retour» de même intensité, mais opposé, dans le second conducteur.

Pour éviter les problèmes de CEM, il suffit que les deux conducteurs soient suffisamment proches.

Propagation en mode commun

Mode commun

La propagation d'une perturbation en mode commun est reconnue par la majorité des ingénieurs en CEM comme le principal problème de la CEM !... ce qui justifie qu'on s'y attarde légèrement.

Soit un câble constitué de plusieurs conducteurs, connecté à un appareil électrique ou électronique. Supposons que des champs électromagnétiques extérieurs induisent un courant parasite dans la totalité des conducteurs de ce câble. Ce courant entre dans l'appareil victime par ce câble. Remarquons que dans le mode différentiel, il existait dans le câble un conducteur pour le courant «aller» et un conducteur pour le courant «retour». Ce n'est pas le cas ici : le champ électromagnétique a induit des courants en phase dans l'ensemble des conducteurs du câble. Comme il n'y a pas de conducteur de retour de ce courant dans ce câble, il faut se poser la question de savoir par quel chemin le courant de mode commun va se refermer, puisque habituellement, un courant parcourt un circuit fermé...

Puisque ce courant est «entré» dans l'appareil, il va obligatoirement ressortir de l'appareil :

- par d'autres câbles de l'appareil, s'ils existent.

- par un conducteur de «terre», s'il existe.

- par la capacité entre l'appareil et la «terre», qui existe toujours.

Ce courant, via ces trois chemins envisageables va finir par retourner «à la terre». Il va alors circuler dans la terre, et va revenir pour boucler le circuit, habituellement jusqu'à l'autre extrémité du câble reconnu. L'extrémité du câble sera l'appareil d'où provenait le câble, par exemple son alimentation, etc. Le circuit est ainsi bouclé.

Ce courant est dit «de mode commun». Son circuit peut être particulièrement grand :

- en longueur, car le câble peut venir de loin. Pensez au réseau EDF....

- en largeur, car le câble peut être haut comparé au sol.

Donc la surface de ce circuit peut être grande, il en résulte :

- le flux du champ magnétique traversant ce circuit peut être grand,

- la ddp entre les éléments de ce circuit peut être élevée.

Il en résulte que des perturbations extérieures peuvent créer des courants importants dans ce circuit et perturber l'appareil (appareil victime). En effet, ce courant perturbateur qui entre dans l'appareil va, si rien n'est fait, traverser la carte électronique et perturber les circuits électroniques qu'elle comporte.

Nous avons reconnu jusqu'à à présent que l'appareil était victime. Imaginons que ce soit l'appareil lui-même qui génère une perturbation dans ce circuit, par exemple en générant un courant RF sur son câble. Ce courant va circuler dans le circuit de mode commun cité plus haut. Comme ce circuit est particulièrement grand, il va jouer le rôle d'une antenne, et créer des perturbations particulièrement loin. L'appareil sera un perturbateur important.

Pour diminuer les effets de ces perturbations de mode commun, que l'appareil soit victime ou perturbateur, l'appareil doit être convenablement traité au niveau de la connectique d'entrée, par les techniques appropriées de protection CEM. A titre d'exemple, on imposera aux courants qui entrent par chaque conducteur du câble d'aller directement à la masse de l'appareil, et d'éviter ainsi de passer par les fonctions de la carte. Il est préférable aussi de relier la masse de l'appareil à la terre, ou au plan de masse (voir plus loin). Ou bien, on tentera d'empêcher ces courants d'entrer dans l'appareil, en enfilant dans le câble un tore de ferrite dit «suppresseur de mode commun». On peut aussi blinder la totalité des conducteurs du câble, et connecter le blindage à la masse de l'appareil, à l'arrivée du câble. Le courant de mode commun, qui passe seulement à la surface extérieure du blindage, est ainsi dérivé vers la masse, et ne traverse plus la carte électronique.

Nous avons reconnu jusqu'à à présent que le retour du courant de mode commun se faisait par la «terre». Dans les dispositifs complexes, on trouve fréquemment un plan de masse commun aux divers appareils (bancs de mesures de laboratoires, véhicules, etc. ) C'est bien entendu alors ce plan qui tient lieu de «terre». On peut dans ce cas diminuer les perturbations de mode commun en désormais les câbles d'entrée le plus près envisageable du plan de masse du dispositif, pour diminuer la surface de la boucle de mode commun.

Nous avons traité le problème du mode commun en considérant les courants. Dans la littérature technique, on considère quelquefois non pas les courants, mais les tensions de mode commun. Ces tensions sont présentes entre les conducteurs du câble, et la «terre». C'est bien entendu un point de vue dual.

On rencontre des problèmes de mode commun même pour les fréquences de plusieurs centaines de mégahertz. On peut même dire que ce sont les problèmes qui se sont le plus multipliés depuis le foisonnement des émissions radioélectriques. Sur ces fréquences élevées, on notera simplement une différence en ce qui concerne la boucle de mode commun : Comme cette boucle est fréquemment de dimensions supérieures à la longueur d'onde, il ne faut plus tenir compte de la surface de la boucle, mais considérer tout simplement que le câble qui entre dans l'appareil est une antenne qui capte les rayonnements perturbateurs. La protection en mode commun de la victime consistera toujours à empêcher ces courants d'entrer sur la carte électronique. Si l'appareil est reconnu comme perturbateur, on évitera que les courants internes ne sortent de la carte.

Les sources

Décharges électrostatiques (d'origine humaine)

Il s'agit d'une «source» parasite naturelle, certainement la plus commune. Le mécanisme est le suivant :

Non seulement c'est particulièrement désagréable pour le porteur (ou la porteuse) de charges, mais, si l'objet qui a servi «d'opportunité» est d'un naturel fragile, il risque de ne pas apprécier. Les conséquences envisageables pour un matériel électronique «victime» sont :

Le phénomène «décharge électrostatique d'origine humaine» est modélisé, dans la normalisation, par :

La foudre

Avec la foudre, on ne quitte pas le domaine de la triboélectricité, on change simplement d'échelle. Un cumulo-nimbus, c'est plusieurs km³ d'un mélange d'air, de vapeur d'eau, de gouttelettes et de particules de glace, le tout brassé par des courants violents. Après quelques dizaines de minutes de ce régime, la quantité de charge cumulée est colossale. Ces charges sont réparties «au petit bonheur» dans des «poches» positives ou négatives, créant des différences de potentiel se chiffrant en mégavolts. Pour compléter le tableau, les poches localisées dans la couche la plus basse créent, sur le terrain (conducteur) survolé, des zones chargées par influence, de signe opposé.

Lorsque le champ électrique est suffisamment élevé, une ou plusieurs poches (+ le sol) se déchargent mutuellement. Cela peut se produire

  • de diminuer la distance isolante entre poches de charges (donc, d'augmenter le champ électrique sur la distance qui reste),
  • d'introduire des équipotentielles (bien forcé, s'il s'agit d'un conducteur…) à faible rayon de courbure (oui, c'est cela, des pointes).
Du coup, pour peu que le champ d'origine soit assez élevé, on est quasi-certain de déclencher une ionisation se transformant en foudroiement (on parle de foudre «déclenchée»).

Dans un cas comme dans l'autre, il faut se souvenir que la foudre est un processus naturel complexe, faisant intervenir autant les lois de l'électrostatique, de l'électromagnétisme, de la thermodynamique, de l'aérodynamique, etc., etc. Il existe des modèles assez satisfaisants du phénomène, à 1, 2 ou 3 dimensions. Et des photos de foudroiement réel qui montrent des choses bien plus compliquées.

Revenons au foudroiement d'un avion de ligne, phénomène qui se produit environ l'ensemble des 2000 ou 3000 heures de vol. Le «scénario de base», qui se produit «fréquemment» est le suivant :

  • le champ magnétique produit par le courant de foudre tend à augmenter tout rayon de courbure local et , par conséquent, à déstabiliser, déformer, ou alors éclater le canal (ce champ est d'ailleurs mis à profit de cette façon dans un très astucieux type de bandes parafoudres),
  • le gradient de température, qui tend à recentrer le courant «à l'endroit où il fait chaud», tout déplacement physique du canal devant se payer d'un chauffage du nouveau trajet (et d'un refroidissement de l'ancien)  ;
le courant est par conséquent instable, mais avec une inertie importante ;
  • à l'endroit de l'impact (en entrée comme en sortie), le courant de foudre vaporise un «petit bout d'avion» (peinture, aluminium, composite : ce qui traîne à cet lieu là), ce qui apporte une excellente électrode pour profiter du raccourci que forme l'avion,
  • au fur et à mesure que l'avion avance, ce point d'entrée s'éloigne du cheminement d'ensemble : le courant de foudre commence à faire un détour, dont la longueur augmente particulièrement vite dès que le champ magnétique s'exerce sur lui,
  • du coup, le champ au début du détour se met à augmenter, suffisamment pour percer un nouveau trou (à travers la peinture s'il y en a),
  • et c'est comme cela qu'une cellule d'avion touchée par un foudroiement «bien élevé», respectueux du modèle, se retrouve ornée d'un joli pointillé, avec un espacement variable selon la présence et de l'épaisseur de la peinture),
  • avec accrochage occasionnel légèrement plus prolongé sur des «machins qui dépassent» (antenne, gouverne…)

Naturellement, il existe de multiples cas de foudroiement «malpolis», qui ont refusé le modèle qu'on avait prévu pour eux.

Pour les fusées, c'est environ pareil, en plus vertical. Plus quelques différences :

Autres décharges électrostatiques

Si des charges électrostatiques s'accumulent sur un objet isolé, il pourra survenir une décharge électrostatique dès que le potentiel de cet objet atteindra une certaine valeur : il y aura décharge entre cet objet et un autre objet de son environnement. L'air lui-même contient des charges : Les petites charges, constituées par des ions légers, sont dues à l'ionisation des molécules gazeuses par le rayonnement UV du soleil. Des charges plus grosses sont constituées par des poussières chargées, ou par des gouttelettes d'eau chargées. Ainsi, un objet qui se déplace dans l'air peut récupérer ces charges, ce qui va faire monter son potentiel électrostatique comparé à son environnement. Même un objet immobile mais isolé pourra récupérer des charges, si l'air se déplace. Pour toutes ces raisons, il arrive fréquemment qu'un objet demeuré isolé pourra générer une décharge électrostatique avec son environnement immédiat (isolateurs... ). Si l'objet fait partie d'un appareil électronique, la décharge pourra avoir lieu à travers un condensateur d'isolation, et détruire ce dernier. C'est pour cette raison que les antennes des dispositifs de télécommunications ne sont jamais idéalement isolées en continu, et que les tests CEM sont aussi appliqués aux antennes des terminaux radio.

Quelques autres sources naturelles

Émetteurs : radiodiffusion, télévision, télécommunications, radars, etc.

Les équipements hertziens, principale source de champs électromagnétiques rayonnés, qui de plus augmentent quasi-exponentiellement, sont régis par la directive européenne1999/5/CE dite RTTE

S'ils font l'objet de dérogation comparé à la directive CEM, surtout pour le niveau maximal d'émission, pour remplir leurs fonctions, ils doivent apporter les mêmes garanties que les autres appareils en matière de compatibilité électromagnétique (art. 3, exigence principale 1b).

La norme principale d'immunité aux champs électromagnétiques (CEI 61000-4-3) prévoit dors et déjà la possibilité d'essai jusqu'à 6 GHz pour prendre en compte les fréquences plus élevées des émetteurs (Wifi en 802.11a, WIMAX... ). Mais, les normes s'appliquant aux produits limitent l'utilisation de la norme principale généralement de 1 à 2, 7 GHz. Une évolution à long terme est prévue pour faire évoluer jusqu'à 18 GHz la norme principale. Mais, la modulation utilisée généralement par cette norme (AM 80% 1 kHz) n'est pas représentative des équipements à large bande, même si la simple modulation AM s'est vu consacrée comme la plus perturbante envers les équipements.

Les limites d'immunité du domaine civil sont déterminées suivant les cas courants dans un environnement donné. Les niveaux d'immunité requis fluctuent entre 1 V/m (en environnement protégé), 3 V/m (résidentiel), 10 V/m (industriel) et 30 V/m (exceptionnel).

Dans les domaines automobiles ou militaires, certaines spécifications exigent des niveaux d'immunité exprimés en kV/m.

L'Arcep publie la conclusion d'une étude sur le wifi «La principale conclusion de l'étude est que, pour des conditions d'utilisation conformes à la réglementation radioélectrique des RLAN, les valeurs limites d'exposition du public aux champs électromagnétiques définies dans le décret n° 2002-775 sont respectées pour l'ensemble des cas d'utilisation de matériels RLAN mesurés ou simulés dans le cadre de l'étude.». Ces résultats étaient prévisibles compte tenu de la faible puissance de l'émetteur (100mW maximum). Cependant, il est par conséquent de la responsabilité de l'utilisateur de l'équipement de ne pas modifier l'antenne ou d'autres caractéristiques pour doper la puissance d'émission de son transmetteur.

L'Anfr publie la réglementation applicable.

La confirmation que les limites du décret 2002-775 sont prises en compte est apportée par le site cartoradio où les niveaux mesurés sont comparés aux limites du décret 2002-775, soit de 28 à 61 V/m selon la fréquence.

Les opérateurs de téléphonie mobile s'engagent à respecter les limites du décret 2002-775 soit 41 à 61 V/m pour les bandes GSM et 3G : de l'Afom guide des bonnes Pratiques signée entre l'AFOM et l'AMF page 16.

Transitoires dans les réseaux d'énergie (dus à l'exploitation du réseau)

Dans cette catégorie, la perturbation est d'origine humaine, et est liée à la fermeture d'une grande boucle.

A titre d'exemple, il faut imaginer :

Hors, 1 500 km correspondent à un quart de longueur d'onde (λ/4) d'un signal à 50 Hz. Pour des raisons de maintenance, une seule des deux lignes est ouverte au raz de la centrale. Au final, une ligne aller et une ligne retour se forment et sont identiques à un circuit accordé à λ/2 : la tension fabriquée par la centrale est en opposition de phase au bout des 3 000 km de ligne comparé à la tension provenant directement de la centrale. On peut obtenir facilement 800 000 volts efficaces, juste scindés par un interrupteur ouvert.

A la fermeture de l'interrupteur, les tensions en opposition de phase sont assimilable par la centrale comme un court circuit.

Jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre soit établi (au minimum 10 ms pour la partie apériodique), les 5 GW produits par la centrale vont être consommé (en totalité à l'instant de la fermeture) par le court-circuit dynamique.

Dans le réseau électrique européen maillé et entièrement interconnecté, ce genre de manœuvre est réalisé plusieurs fois par jour. Cependant, la résonance n'étant jamais exacte, et la nature répartie des charges et des autres sources fournissent un amortissement. Malgré tout, à chacune de ces fermetures de grande boucle, la totalité du réseau européen est fortement déséquilibré durant plusieurs secondes. Les pays «en bout de ligne», jouent spécifiquement le rôle de réflecteur (donc, de ventre de tension, même si aucune onde stationnaire n'a vraiment le temps de s'établir).

Ce genre de phénomène, quoiqu'atténué dans la mesure du possible, laisse des traces jusqu'à l'utilisateur final. Il faut aussi ajouter à ces résidus l'ensemble des phénomènes identiques (bien qu'à échelle plus réduite) affectant les divers réseaux à tension de plus en plus basse jusqu'à l'utilisateur.

Effets indirects de la foudre

Lorsque la foudre tombe quelque part (ou qu'un éclair survient au sein d'un nuage), le courant produit un important champ magnétique d'impulsion, qui vient se coupler avec l'ensemble des conducteurs environnants (tous les conducteurs, pas uniquement ceux qu'on a mis là dans l'objectif d'y transmettre de l'électricité, y compris par conséquent les réseaux de terres, masses métalliques... ).

Commutations «courants forts»

L'archétype de ce genre de source est l'omniprésente «alimentation à découpage».

Commutations «courants faibles»

La plupart des cartes électroniques modernes font appel à des circuits logiques rapides. Ces circuits intégrés et les connexions qui les associent sont le siège de courants à fronts raides, susceptibles de rayonner des ondes électromagnétiques sur un large spectre. Quoique de niveaux assez faibles, ces rayonnements peuvent surtout perturber les récepteurs radios positionnés à proximité. Il suffit, pour s'en convaincre, de placer un récepteur radio à proximité d'un ordinateur... Les concepteurs de ces dispositifs doivent respecter les directives CEM concernant le rayonnement des appareils, et concernant les émissions conduites qui pourraient être présentes sur les câbles de sorties de ces appareils.

Les «méchants» : IEMN, guerre électronique, armes hyperfréquences

Il faut rendre cette justice aux militaires de l'ensemble des pays : depuis Archimède et ses miroirs ardents, censés avoir incendié la flotte romaine devant Syracuse, ils ont généreusement financé de nombreuses idées de «Rayon de la Mort», avec des résultats variables (et quelquefois totalement inattendus, comme le Radar, s'il faut en croire la biographie de Nikola Tesla).

Parmi la grande variété d'idées sérieuses ou loufoques en la matière, il y en a 3 touchant spécifiquement la CEM :

  • l'impulsion électromagnétique d'origine nucléaire (IEMN), pas nécessairement si nucléaire que cela d'ailleurs,
  • la guerre électronique : leurres, brouilleurs et autres attrape-radars (militaires ou civils) ou tueurs de conversation,
  • la dernière mode : les armes électromagnétiques.

Impulsion électromagnétique d'origine nucléaire (IEMN)

Dès 1946, le gouvernement des USA a acquis deux certitudes :

L'armée américaine s'est par conséquent lancée dans un vaste programme d'essais d'armes nucléaires. Le Nouveau Mexique, où ont explosé les premières bombes, comportant une densité d'électeurs trop élevée pour en poursuivre l'irradiation, et le Japon étant devenu un allié, ces essais ont eu lieu sur l'atoll de Bikini. Au ras du sol, sous l'eau, en l'air, bombes d'avion, obus d'artillerie ou mine : à part en suppositoire, ils ont tout essayé… Y compris deux tirs successifs dans la haute atmosphère.

Après chacun d'entre eux, il y a eu une panne électrique à Hawaï (à un bon millier de km de là, à vol de B29). Panne génèrée par une impulsion électromagnétique géante, qui, couplée aux lignes électriques, a déclenché l'ensemble des disjoncteurs. Et les responsables militaires américains se sont dit «Alors comme ça, depuis son bureau, le président pourrait éteindre la lumière à Moscou ? Cool…». La télécommande ultime, en quelque sorte. Mais pas question de continuer les travaux pratiques, il a fallu faire de la théorie.

Et la théorie, la voici. Au fond, après coup, lorsque on sait ce qu'il faut chercher, c'est tout simple :

Non. Ça ne marche pas. Les électrons (négatifs) et les noyaux (positifs) font en gros le même trajet, par conséquent leurs effets respectifs se compensent.

Non. Ça ne marche toujours pas. Comme la boule couvre dans l'ensemble des sens, le déséquilibre du nord sera compensé par celui du sud, celui du haut par celui du bas, celui de l'est par celui de l'ouest . On se récupère un moment dipolaire. Par de quoi éteindre la télé à 1 000 km.

Ah ? Oui, tiens, là ça marche…

Calcul de l'endroit «idéal» où faire exploser la bombe pour «arroser» tout un continent, calcul de blindage, de filtre, mesure de «tenue» des composants, communications «durcies» : voila un «fond de commerce» qui aura nourri son monde, durant 40 ans… À la «grande époque» de la guerre froide, certains stratèges américains considéraient comme acquis que tous les missiles embarqués sur sous-marin serviraient à «fabriquer» de l'IEMN à jet continu, seuls les missiles au sol étant assez précis pour détruire les «silos de la vengeance» dans les plaines américaines (uniquement, voilà : les missiles au sol ont une trentaine de minutes de voyage à faire, tandis qu'un sous-marin bien positionné peut commencer le feu d'artifice 5 minutes après avoir «déclaré la guerre» ; ils devaient par conséquent servir d'apéritif, pour empêcher la victime de réagir. Il faut dire que, même si on a soigneusement évité de trop en avertir les bailleurs de fond (oui, le contribuable), la vulnérabilité du réseau électrique est devenue de moins en moins évidente : avec des réseaux maillés de plus en plus grands, l'IEMN s'est vue rattrapé, en termes de pire contrainte, par la fermeture de grande boucle (voir plus haut), du moins sur le plan énergétique. Depuis, la tendance est aux vaches maigres : avec la fin de la guerre froide, les nouveaux agresseurs potentiels n'ont pas suffisament de bombes pour en «gaspiller» une à «faire des parasites». La menace est par conséquent de moins en moins crédible.

Un dernier mot sur ce genre de «gadget» : il existe un autre moyen de briser la symétrie, c'est de faire exploser la bombe au ras du sol. Ça fonctionne, mais avec un rayon d'action plus limité. On s'est d'ailleurs rendu compte que le côté «atomique» n'était pas indispensable : une bombe (Fuel Air Explosive) est capable de «fabriquer» une impulsion électromagnétique.

Guerre électronique

Armes électromagnétiques

Les victimes

On ne cherche pas à établir une (impossible) liste exhaustive, mais juste à donner quelques exemples

Effets biologiques

Article connexe : Pollution électromagnétique.

Ce cas mérite d'être traité scindément, car personne n'aime voir son sort mélangé avec celui d'une poignée de transistors… Les risques biologiques du champ électromagnétique sont étudiés depuis la fin de la seconde guerre mondiale, au vu de problèmes de santés de certains radaristes qui avaient passé les années de guerre dans l'intimité d'antennes radar à grande puissance.

Effets thermiques

Aujourd'hui, ces effets sont les seuls à être correctement compris au plan scientifique. En conséquence, et fort logiquement, ce sont les seuls à être pris en considération dans les normes (normaliser l'inconnu n'est pas particulièrement sérieux…). Tout d'abord :

L'avènement de la génération GSM a conduite à une démarche bien plus particulièrement élaborée, prenant de mieux en mieux en compte :

pour aboutir à une évaluation crédible du débit d'absorption spécifique ou SAR (specific absorbtion rate) . En dépit de toute cette sophistication, on en reste à un unique phénomène physique : l'élévation de température de tissus biologique soumis à un transfert de puissance électromagnétique.

Effets «athermiques» ou «non-thermiques» ou «spécifiques»

Rien que les appellations montrent à l'évidence le faible niveau de compréhension scientifique du sujet. Il faut dire que la complexité est redoutable :

Il y a certainement des effets, la difficulté est de les évaluer, puis de déterminer si ces effets sont ou non nocifs.

Effets électriques

Certaines normes tiennent compte du risque d'électrisation par courant haute fréquence (induit dans une structure conductrice), complétant ainsi utilement les normes sur la sécurité électrique. Ici encore, on s'en tient au risque thermique (brûlures superficielles)

Effets CEM

La normalisation actuelle suppose l'humain de référence

En pratique,

Ces matériels sont , certes, couverts par les «exigences principales» de la directive CEM, présumée par le respect de normes CEM spécifiques à la profession, mais cette présomption est quelque peu «flottante» : en pratique, un respect crédible des exigences principales nécessite d'aller bien plus loin que le simple respect des normes. Un autre problème est le risque d'ostracisation des personnes pourvues d'un tel appareil, tant sur le lieu de travail (industrie télécom, plasturgie, cuisson micro-ondes) que dans la vie de l'ensemble des jours (Hot spots WiFI/AirPort, portiques d'aéroport), pour cause de niveau de susceptibilité garanti insuffisant.

Redressement parasite

Un signal HF (du point due vue du circuit qui le reçoit) peut-être démodulé.

Il aura démodulation d'amplitude si le circuit est «non linéaire». Tout circuit électronique contenant des semi-conducteurs est non linéaire si on atteint un certain niveau de signal. Les amplificateurs bas niveau, qui se saturent plus vite, seront plus sensibles à ces phénomènes de démodulation d'amplitude. Les entrées audio bas niveau des amplificateurs doivent par conséquent faire l'objet d'une attention spécifique.

«Plantages»

Tout signal à fort facteur de forme (par exemple un signal d'impulsion), modulant ou non une porteuse, peut provoquer un changement d'état d'un circuit «logique». Si ce circuit participe à un automate séquentiel (tel qu'un ordinateur), l'état interne risque d'en être modifié, et le fonctionnement ultérieur devient aberrant.

Métastabilité

C'est une variante extrêmement insidieuse du cas précédent. Il faut se souvenir que le concept de «circuit logique» est purement artificiel. Il s'agit en fait de circuits analogique à la transmittance non-linéaire. Du coup, suite à une perturbation, il arrive qu'une sortie se retrouve à l'état «½» («quelque part entre 0 et 1») durant un temps pouvant se chiffrer en millisecondes.

Verrouillage (alias Latch Up)

«Loi de Moore» aidant, ce phénomène, mis en évidence avec les premiers circuits logiques CMOS, présente désormais un risque pour l'ensemble des technologies de circuit intégrés faisant appel à l'isolation par jonction en inverse. Lors de la fabrication d'un circuit intégré, on crée, au passage, de multiples structures PNPN ayant un gain suffisant pour former un thyristor. Il suffit qu'un phénomène d'impulsion (signal électrique ou photon ou particule ionisante) amorce un de ces thyristors pour que ce dernier court-circuite l'alimentation. À partir de là, plusieurs choses peuvent se produire :

Obtention de la CEM

Pour obtenir ou perfectionner la compatibilité, on peut jouer sur les 3 termes de la triade «source/couplage/victime» :

  1. diminuer le niveau d'émission des sources ; par exemple, dans le domaine de la conversion d'énergie :
    • un convertisseur à résonance sera, s'il est bien conçu et bien implanté, nettement moins «baveux» qu'un convertisseur à commutations dures,
    • le remplacement d'un redresseur classique «diodes + condensateur» par un redresseur à PFC (correcteur de facteur de puissance) évitera le plus gros de l'injection de courant harmonique dans le réseau énergie.
    • on peut aussi citer le remplacement, par EDF, des éclateurs à cornes servant d'écrêteurs sur ses lignes 20 kV par des varistances à oxyde de zinc, pour le plus grand bonheur des marchands de télécom
  2. diminuer de niveau de vulnérabilité des victimes ; par exemple,
    • remplacer une liaison RS422 avec ses ±7 V de dynamique admissible en mode commun par une liaison Ethernet qui en supporte 1500 change quelque peu la donne…
    • l'introduction de l'étalement de spectre dans les communications radio a énormément diminué la capacité de nuisance des parasiteurs à bande étroite.
  3. Mais si, comme c'est trop fréquemment le cas, l'ensemble des erreurs de conception sont déjà figées avant de s'inquiéter de CEM, on ne peut plus agir que sur les couplages.

Cela consistera fréquemment à traiter l'environnement des cartes électroniques de l'appareil en cause, qu'il soit victime ou pollueur. Il existe 6 méthodes servant à séparer des victimes de leurs «bourreaux» :

    • Le Blindage
      la suppression du mode commun
      le filtrage fréquentiel
      le filtrage temporel
      l'écrêtage
      la porte de bruit

Le blindage

Le Blindage électromagnétique consiste à diviser l'espace en domaines électromagnétiques scindés, certains «propres» et d'autres «sales», sans aucune communication entre eux. En pratique, une carte électronique sera positionnée dans un boîtier métallique qui la protègera des rayonnements extérieurs.

Un blindage est particulièrement efficace en principe, dès que les fréquences mises en causes dépassent le MHz. En pratique, il en est tout autrement, car une carte électronique est le plus souvent en relation avec l'extérieur par des câbles électriques, ne serait-ce que l'alimentation. On constate tandis que l'efficacité du blindage peut être réduite à néant si les courants de «mode commun» ne sont pas bloqués au niveau des entrées des câbles.

La suppression des signaux en mode commun

Voir le paragraphe «mode commun» pour la définition. La protection contre les signaux de mode commun consiste, pour un appareil victime, à empêcher les courants induits sur les câbles, de pénétrer dans la carte électronique et de perturber les fonctions qui s'y trouvent. Pour les appareils perturbateurs, cette protection consiste à empêcher les courants parasites de sortir de la carte et d'aller circuler sur les câbles extérieurs. La protection du mode commun vise par conséquent les mêmes buts qu'un blindage, et fréquemment rend ce dernier efficace. En effet, il ne permet de rien de blinder un appareil, si les perturbations passent par les connexions qui entrent dans le blindage.

Voici quelques règles de protection contre les signaux de mode commun, valables tout autant pour les perturbateurs que pour les victimes.

Si l'appareil concerné possède un boîtier métallique, et si la carte possède une couche de masse, la protection sera plus aisée à obtenir : On devra, si c'est envisageable, blinder les câbles qui entrent sur la carte, en connectant ce fil de blindage à la masse de la carte ET au boîtier métallique à l'endroit de l'entrée dans le boîtier, c'est-à-dire dès l'arrivée sur la connectique.

Mais il n'est pas forcément envisageable de blinder le câble d'entrée. Dans ce cas, on traitera chaque conducteur du câble de façon que les courants de fréquences élevées soient bloqués ou bien dérivés vers la masse de la carte ET vers le boîtier métallique. D'une façon générale, tout courant de haute fréquence arrivant par l'un des conducteurs du câble doit être soit bloqué, soit dérivé vers le boîtier, par un découplage, par le chemin le plus court envisageable. Le chemin du courant de mode commun issu de l'extérieur est le suivant : Il entre par le câble, il passe à la masse de la carte par le découplage, puis emprunte la connexion de masse de la carte au boîtier, pour passer sur la surface intérieure du boîtier, puis ressort du boîtier par le trou du câble. En effet, il ne faut pas oublier que le courant ne circule qu'à la surface du métal, et ne traversera jamais la paroi du boîtier ! Pour ces raisons, si le découplage est réalisé sur la carte, il faudra :

- que la longueur de câble dans le boîtier soit minimum, nulle si envisageable.

- que le condensateur de découplage soit au plus près du connecteur.

- que la masse de la carte soit reliée au boîtier au plus près du connecteur (ou du trou d'arrivée du câble).

Si le découplage vers la masse de certains conducteurs est impossible, on pourra placer en série avec ces conducteurs une impédance grande en HF (mais on conservera un découplage ou un contact pour le conducteur de masse). Le découplage sera fréquemment constitué d'une impédance série et d'une capacité vers la masse.

Bien sur , on ne peut filtrer, bloquer ou découpler les signaux de mode commun que si les signaux utiles transportés par le conducteur sont de fréquence plus basse (il s'agit d'un filtrage fréquentiel, voir plus loin). Si les signaux utiles sont dans la même bande que les signaux de mode commun, un blindage du câble pourra résoudre le problème.

Si l'appareil ne possède pas de boîtier métallique, la protection sera plus complexe à obtenir : on regroupera l'ensemble des arrivées de câble d'un même côté de la carte, pour que le courant de mode commun, qui va d'un connecteur à l'autre, en passant dans la masse de la carte, emprunte le trajet le plus court envisageable et ne traverse pas toute la carte. S'il y a un seul câble, le courant de mode commun aura tendance à passer par la capacité entre les conducteurs de la carte et l'environnement. En dérivant vers la masse de la carte le courant de mode commun, on réduit ainsi les courants passants par les autres composants. Si l'appareil est déjà conçu, un pis-aller consistera à enfiler dans le câble une ferrite de suppression de mode commun.

Si la carte de l'appareil ne possède pas de plan de masse, la protection sera complexe à obtenir. On devra imposer une seule arrivée de câble, pour diminuer au maximum les courants de mode commun à travers la carte.

Le filtrage des fréquences

On sépare le domaine des fréquences «utiles» de celui des fréquences «polluées» ; à la condition que ce ne soit pas les mêmes, évidemment, car l'ensemble des signaux ne sont pas «filtrables». On a vu par exemple dans le paragraphe suppression du mode commun qu'on pouvait «découpler» par un condensateur certaines connexions. Il s'agit le plus souvent des connexions pour des signaux de fréquences basses ou même pour le continu. Ce «découplage» n'est rien d'autre qu'un filtrage passe bas. Le filtrage pourra être mis en œuvre pour le mode symétrique ou pour le mode commun. Hélas, les techniques modernes mettent en œuvre des signaux utiles de plus en plus rapides, et on se heurte fréquemment au fait que les signaux utiles et les signaux perturbateurs occupent des bandes de fréquences communes.

Le filtrage temporel

Si le signal pollueur n'est pas présent en permanence (et que sa présence peut être prédite avec un préavis suffisant), il suffit de mettre la victime à l'abri durant les intempéries. Par exemple :

      1. c'est le principe du radar monostatique à impulsion : un émetteur (puissant) et un récepteur (sensible) se partagent la même antenne, mais l'émetteur ne s'en sert que particulièrement peu (au plan technologique, le récepteur est protégé par écrêteur, mais la logique «système» est bien celle du filtrage temporel),
      2. dans un automate séquentiel synchrone (par exemple, un microprocesseurs), à chaque coup d'horloge, des millions de bascules commutent simultanément, mettant l'alimentation «à genoux» ; néanmoins, les derniers millivolts suffisent pour que, lorsque «la lumière revient», ces bascules soient dans l'état voulu. Puis, la circuiterie de logique combinatoire redevient fonctionnelle pour mitonner les bons états en entrée de bascules, à temps pour le coup d'horloge suivant. Tandis qu'en cas de multiplicité d'horloges, le risque d'états logiques «Mulderiens» serait permanent.

L'écrêtage

De manière général, on parle d'écrêtage en tension. Lorsque le signal perturbateur est de grande amplitude, l'équipement victime risque de subir des dommages irréversibles ; l'écrêtage consiste à limiter l'amplitude du signal perturbateur de manière à protéger les composants électroniques. On trouve à cet effet des composants dits «limiteurs» qu'on place en parallèle sur les connexions (en mode commun ou en mode différentiel). On admet généralement que la fonctionnalité de l'appareil est interrompue au moment de la perturbation (cela dépend de la criticité des fonctions de l'équipement concerné au seins du dispositif dans lequel il est installé; un calculateur de bord monté dans un aéronef ne doit en aucun cas présenté le moindre dysfonctionnement lors d'un impact foudre), le composant d'écrêtage ayant avant tout une fonction de «survie». En effet, il n'est pas envisageable de discriminer le signal utile et le perturbateur au moment de l'écrêtage. Plusieurs types de composants seront utilisés, suivant les critères suivants :

- faible capacité

- énergie absorbable particulièrement élevée

- temps de réponse court

- réarmement automatique etc.

De manière général, les composants utilisés sont des composants non linéaires : diodes, thyristor, résistance non linéaire (varistance), éclateurs, etc.

La porte de bruit

Il s'agit typiquement de protéger un signal analogique en comptant sur l'effet de masquage (le bruit ne se remarque que lorsque le signal utile est faible ou absent. Par exemple :

1- le squelch des récepteurs radio, qui consiste à couper l'audio lorsque le signal radio est trop faible pour être utilisable.

2- les dispositifs Dolby (dynamic noise limiter Philips) ou identiques, consistent, en gros, en un filtrage des aigus si le signal est faible.

Vérification de la CEM

Alors, compatibilité ou pas ? Respect des exigences principales des directives ou pas ? Respect des normes ou pas ?

Il y a en gros deux approches :

Quelle que soit l'approche, il faut trouver un optimum entre des exigences contradictoires :

  1. la représentativité :
    • l'environnement choisi (ou son modèle) sont ils représentatifs de la réalité ? A titre d'exemple, tester jusqu'à 1 GHz un matériel conçu pour «vivre» dans un monde plein de GSM, de limites WiFi/Airport, ou alors de radars d'aide à la conduite de voiture (vers 70 GHz). Ou croire qu'une onde est obligatoirement plane.
    • le matériel testé est-il représentatif de la série ? L'instrumentation permet-elle de mesurer les grandeurs qui importent réellement ?
    • pire toujours, le modèle ne «pinaille»-t-il pas sur des détails du 36e ordre en laissant de côté les grandeurs réellement principales ? A titre d'exemple, dans le cas d'une enveloppe mécanique :
      • prise en compte de l'épaisseur du métal, mais pas de la tolérance des fentes entre constituants (état de surface, conduction superficielle…)
      • capots modélisés «à la masse» tandis qu'ils ne le sont que par une liaison filaire inductive, «parce que le code ne sait pas traiter les éléments flottants» (alors, pourquoi s'en servir ?)
      • «oubli» des câbles de liaison (traduire par «antennes»)
  2. la reproductibilité (en particulier un problème pour les essais, car la simulation numérique l'ignore purement et simplement)  :
    • deux essais successifs d'un même exemplaire donneront-ils le même résultat ?
    • deux exemplaires successifs donneront-ils le même résultat ?
    • deux essais dans des laboratoires différents donneront-ils le même résultat ?
  3. sans oublier le politiquement correct, surtout en présence de décisionnaires sans compétence technique :
    • même la plus rationnelle des manipulations ou des simulations risque de ne pas peser lourd face à une norme officielle, aussi défectueuse soit-elle,
    • la bonne validation, c'est celle qui dit que le matériel est «bon» (malgré le risque judiciaire, le message des directives européennes sur les exigences principales a du mal à passer ; la légende de l'irresponsabilité par le respect des normes a la vie dure…)

Techniques de mesure

On peut distinguer deux familles de techniques :

  1. les techniques dites d'émission ;
  2. les techniques dites de susceptibilité ou d'immunité

Techniques traitant des émissions

Tout équipement électrique ou électronique, en dehors de son fonctionnement de base, produit à notre insu des courants alternatifs ou d'impulsion dont le spectre en fréquence peut être particulièrement étendu (de quelques Hz à plusieurs GHz). Ces courants circulent dans les différents câbles ou circuits imprimés de l'appareil et par conséquent lorsque ces conducteurs sont , de par leur longueur, de plus ou moins bonnes antennes, il y a émission de champ électromagnétique.

Les émissions sont mesurées soit de manière conduite (phénomènes BF), soit de manière rayonnée (phénomènes HF) avec l'appareil sous test en mode de fonctionnement le plus perturbateur.

En modifiant la conception de l'appareil, on peut diminuer énormément le niveau émis. Cependant, une mauvaise conception d'un point de vue CEM peut nécessiter des modifications profondes, y compris en termes de routage. Il est essentiel que la problématique CEM soit pris en compte dès le début du projet de conception.

Les niveaux acceptables sont généralement normalisés. Ainsi, les équipements électriques d'avions civils sont traités par la norme RTCA/DO160E (dernière version), les équipements grand public européens sont traités par les normes européennes (copies quasi-conformes des publications CISPR et CEI) et font l'objet du marquage «CE».

Techniques traitant des susceptibilités

Terminologie : On nomme niveau de susceptibilité d'un appareil le niveau de perturbation auquel l'appareil présente un dysfonctionnement. On nomme niveau d'immunité le niveau auquel l'appareil a été soumis lors des essais et pour lequel il doit fonctionner normalement.

Les autres équipements électroniques et les émetteurs intentionnels produisent des champs électromagnétiques. L'équipement sous test doit fonctionner normalement quand il est soumis à ces champs électromagnétiques.

L'appareil sous test configuré dans son mode de fonctionnement le plus susceptible est positionné dans une chambre anéchoïque (ou dans une chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) ). Dans cette cage est positionnée une antenne émettrice, relié à un amplificateur de puissance, lui-même alimenté par un générateur de signal radiofréquence. La totalité du spectre requis est alors balayé en fréquence avec le niveau de champs et la modulation requis.

L'écrasante majorité des appareils électroniques mis aujourd'hui sur le marché grand public européen a un niveau d'immunité aux champs électromagnétiques rayonnés de 3 V/m pour les fréquences de 80 MHz à 2, 7 GHz.

Le niveau d'immunité de 10 V/m est requis pour les appareils conçus pour être utilisés en environnement industriel, et les appareils électro-médicaux de maintien de la vie (dont un dysfonctionnement peut tuer immédiatement).

Plusieurs phénomènes sont testés :

En général, le protocole de test consiste à connecté à un générateur de perturbation dédié, via un réseau de couplage/découplage, à l'équipement sous test .

impulsionnels ou à la fréquence du réseau d'alimentation.

Certains appareils utilisés en environnement particulièrement pollué ont un niveau d'immunité bien plus élevé, par exemple ceux utilisés sous le capot des automobiles.

Pour chaque type d'essai, il est défini si l'équipement ne doit pas ou peut avoir une dégradation temporaire de fonction, avec ou sans intervention de l'utilisateur pour la récupération de la fonction. Quand on observe un dysfonctionnement de l'appareil en test , on dit tandis qu'il est susceptible.

Il existe des techniques pour modifier la conception de l'appareil afin qu'il soit conforme à la norme.

Comme vous pouvez l'imaginer, la cohabitation de nombreux appareils dans un avion ou dans une automobile, implique que tous ces équipements ne soient pas intégrés au véhicule sans que des tests sévères soient réalisés.

La CEM va déterminer : les écarts entre câbles, les composition des câbles, les filtres à installer sur les équipements, la structure mécanique entourant l'équipement...

Les essais prévus par les normes permettent de vérifier que le niveau d'immunité est respecté mais si le test est conforme (pas de dysfonctionnement), ils ne permettent pas de connaître le niveau de susceptibilité de l'appareil.

Réglementation

matériels industriel ou grand public

Tous les produits comportant de l'électronique sont concernés par les obligations des directives en matière de CEM, les matériels mis sur le marché (peu importe qu'ils soient vendus, donnés, prêtés…) doivent recevoir un marquage CE, attestant la conformité aux exigences découlant de l'ensemble des directives européennes applicables. Les installations fixes, non soumises au marquage CE, doivent néanmoins apporter les mêmes garanties que celle qui y sont soumises.

Donc, dans le cas des appareils électroniques, de la directive CEM. Les seules exceptions sont :

En outre, il existe d'autres marquages :

matériels aérospatial ou militaire

Les matériels montés sur avions font l'objet de certifications reconnues au niveau mondial (FAR/JAR), mais aussi d'exigences spécifiques des avionneurs, vérifiées sous le contrôle de ces derniers (après tout, ce sont eux qui auront leur nom dans les journaux en cas d'ennuis). La certification se substitue au marquage CE. Par contre, le matériel aéronautique restant au sol est marqué CE comme le matériel industriel «ordinaire» qu'il est .

Exigences spécifiques aussi pour les engins spatiaux et le matériel militaire. Si le statut des premiers est clair (le pouvoir de la commission de Bruxelles est soumis à la pesanteur…), l'exemption des seconds (dans la majorité des pays d'Europe) vient d'une des clauses du traité de Rome, autorisant un gouvernement à ne pas appliquer une décision communautaire au matériel militaire. En France, cette décision, portant sur l'unique directive CEM «ancien modèle» (obsolète en 2007) est matérialisée par une circulaire interministérielle, qui n'a, semble-t-il, jamais été notifiée à la commission de Bruxelles.

Notes


Bibliographie

Voir aussi

Liens externes

Recherche sur Amazone (livres) :



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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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