Cem

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Cem

  1. 1. Compatibilité électromagnétiqueUn article de Wikipédia, lencyclopédie libre.Aller à : Navigation, rechercherChambre anéchoïque RF utilisée pour les essais CEM (émissions et immunités rayonnées)La compatibilité électromagnétique (CEM) est laptitude dun appareil ou dun systèmeélectrique, ou électronique, à fonctionner dans son environnement électromagnétique de façonsatisfaisante, sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pourtout ce qui se trouve dans cet environnement.Une bonne compatibilité électromagnétique décrit un état de « bon voisinageélectromagnétique » : limiter le niveau des émissions non désirées provenant de lappareil, afin de ne pas perturber la réception radio ou les autres équipements ; être suffisamment immunisé envers les perturbations provenant des autres équipements, ou plus généralement de lenvironnement.Les bruits électromagnétiques et radioélectriques sont le résultat de tous les courantsélectriques induisant une multitude de champs et signaux parasites.La norme CEI 61000 de la Commission électrotechnique internationale et les publications duCISPR (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) établissent desméthodes dévaluation des perturbations, ainsi que des limites de niveau de perturbation à nepas dépasser ou à supporter dans un environnement donné.Sommaire[masquer] 1 Définitions o 1.1 CEM o 1.2 Émission / Susceptibilité o 1.3 Phénoménologie CEM : le modèle « source/couplage/victime » 2 Classifications des perturbations
  2. 2. o 2.1 Classification par conduction et rayonnement o 2.2 Classification par fréquence o 2.3 Classification par durée  2.3.1 Perturbations permanentes  2.3.2 Perturbations transitoires o 2.4 Classification par type de couplage  2.4.1 Couplage par impédance commune  2.4.2 Couplage capacitif  2.4.3 Couplage inductif  2.4.4 Couplage par champ électrique  2.4.5 Couplage par champ magnétique  2.4.6 Couplage par champ électromagnétique o 2.5 Classification par mode de propagation  2.5.1 Propagation en mode différentiel  2.5.2 Propagation en mode commun3 Les sources o 3.1 Décharges électrostatiques (dorigine humaine) o 3.2 La foudre o 3.3 Autres décharges électrostatiques o 3.4 Quelques autres sources naturelles o 3.5 Émetteurs : radiodiffusion, télévision, télécommunications, radars, etc. o 3.6 Transitoires dans les réseaux dénergie (dus à lexploitation du réseau) o 3.7 Effets indirects de la foudre o 3.8 Commutations « courants forts » o 3.9 Commutations « courants faibles » o 3.10 Les « méchants » : IEMN, guerre électronique, armes hyperfréquences  3.10.1 Impulsion électromagnétique dorigine nucléaire (IEMN)  3.10.2 Guerre électronique  3.10.3 Armes électromagnétiques4 Les victimes o 4.1 Effets biologiques  4.1.1 Effets thermiques  4.1.2 Effets « athermiques » ou « non-thermiques » ou « spécifiques »  4.1.3 Effets électriques  4.1.4 Effets CEM o 4.2 Redressement parasite o 4.3 « Plantages » o 4.4 Métastabilité o 4.5 Verrouillage (alias Latch Up)5 Obtention de la CEM o 5.1 Le blindage o 5.2 La suppression des signaux en mode commun o 5.3 Le filtrage des fréquences o 5.4 Le filtrage temporel o 5.5 Lécrêtage o 5.6 La porte de bruit6 Vérification de la CEM o 6.1 Techniques de mesure  6.1.1 Techniques traitant des émissions  6.1.2 Techniques traitant des susceptibilités
  3. 3. 7 Réglementation o 7.1 matériels industriel ou grand public o 7.2 matériels aérospatial ou militaire 8 Notes 9 Bibliographie 10 Voir aussi o 10.1 Liens externesDéfinitions [modifier]CEM [modifier]Perturbation électromagnétique : Phénomène électromagnétique susceptible de créer destroubles de fonctionnement dun dispositif, dun appareil, ou dun système ou daffecterdéfavorablement la matière vivante ou inerte. Une perturbation électromagnétique peut êtreun bruit, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même.Pollution électromagnétique: La plupart des équipements électriques et électroniquesgénèrent des champs électromagnétiques perceptibles dans leur environnement; lensemble deces champs créée une véritable pollution qui perturbe parfois le fonctionnement dautreséquipements. Ainsi, il est interdit dutiliser un téléphone portable dans un avion parce quilémet un champ électromagnétique auxquels les systèmes radioélectriques daide au pilotage(navigation, décollage / atterrissage) risquent dêtre sensibles.La compatibilité électromagnétique, par extension (ou abus de langage), désigne en outre : les techniques permettant dobtenir la compatibilité électronique dun appareil ou dune installation avec son environnement (règles de conception et de fabrication) ; les techniques permettant de vérifier la réalité de cette compatibilité (simulation numérique, ou via des essais, normalisés ou non).Compatibilités électromagnétiques (au pluriel): compatibilité entre émetteurs et récepteursvolontaires colocalisés (par exemples, les antennes placées sur un même avion, un mêmebateau ou un même toit dimmeuble).Émission / Susceptibilité [modifier]La compatibilité devant être assurée dans les deux sens, on est conduit à définir deux types dephénomènes : Les émissions (terme choisi par les normes aérospatiales ou similaires) ou perturbations (équivalent dans les normes industrielles) désignent les signaux (volontaires ou non) dont la propagation est de nature à nuire au bon fonctionnement des objets ou à la santé des êtres vivants situés au voisinage, La susceptibilité désigne un comportement dun appareil, en réponse à une contrainte externe (volontaire ou non, naturelle ou artificielle), jugé incompatible avec une utilisation normale. Le contraire de la susceptibilité est limmunité.
  4. 4. Phénoménologie CEM : le modèle « source/couplage/victime » [modifier]Quil sagisse démission ou de susceptibilité (ce nest quune question de direction), lephénomène ne se produit (ou nest gênant) que sil y a, simultanément : une « source » (dun signal parasite) ; une « victime » (vulnérable au signal parasite) ; et un couplage entre les deux.Quun seul de ces éléments soit absent (et pas nécessairement le couplage, trop souvent le seulpris en considération), et la CEM est restaurée.La configuration du modèle « source / couplage / victime » dépend de léchelle à laquelle onle regarde : une source peut être décomposée en une autre source et un couplage : par exemple, lémission radio dun microprocesseur est le résultat de la commutation de cellules logiques (source), les métallisation de la puce ainsi que les pistes du boîtier ou du circuit imprimé servant dantenne pour transformer les transitoires de courant temporels dans chaque cellule individuelle en un champ électromagnétique décrit par un « brouillard coloré » fréquentiel, une victime peut aussi subir ce type de décomposition, mais son critère de susceptibilité varie également selon quon « regarde » le composant ou le système : par exemple, pour un même réseau Ethernet, on pourra se focaliser sur la perturbation du niveau logique ou du diagramme de lœil (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 lacceptabilité ou non de la réduction de bande passante causée par la réémission de trames perturbées (TCP/IP), sur lintelligibilité des signaux analogiques reconstitués malgré les trames perturbées (VoIP), etc., etc.Ce genre de décomposition nest pas indéfini : on finit toujours par arriver à des sourcesultimes (signaux fonctionnels, phénomènes naturels ou intentionnels). Idem pour les victimes.Même à ce stade, on nest pas totalement démuni… (il est rare de voir un radiotélescopeinstallé dans une zone où les orages sont fréquents).Afin de caractériser le comportement dun appareil indépendamment des autres, lescouplages sont nécessairement décomposés en deux sous couplage : source/environnement etenvironnement/victime, cest pour cela que les normes font appels à différents typedenvironnements. Résidentiel et commercial léger ou industriel dans la plupart des cas.Classifications des perturbations [modifier]Classification par conduction et rayonnement [modifier]
  5. 5. Couplage par rayonnement et par conductionOn classe les couplages en deux catégories : couplage par rayonnement : champ électrique, champ magnétique, champ électromagnétique ; couplage par conduction : transmission du signal par un conducteur (nimporte quel conducteur, et pas nécessairement un morceau de fil destiné à conduire de courant électrique : un tuyau de climatisation fait parfaitement laffaire).La frontière entre les deux comporte une part darbitraire, certaines normes classant certainscouplages par champ électrique ou magnétique (mais pas tous…) dans la case « conduction ».Par ailleurs, pour les couplages par rayonnement, les normes font aussi la distinction entrechamps proches et champs lointains: Une source de perturbations électromagnétiques crée audépart souvent soit un champ électrique, soit un champ magnétique. Mais à une certainedistance de cette source, londe observée sera une onde électromagnétique « plane » ( diteaussi « lointaine » ), combinaison dun champ H et dun champ E, avec le rapport E/H = 120 π(≈377). Cette distance est de lordre de grandeur de la longueur donde. Ainsi, pour lesfréquences élevées, on aura toujours une onde plane dès que lon séloigne un peu de la source.La norme pourra exiger un test de susceptibilité au champ E, au champ H ou encore à londeplane (ou champ lointain). Les normes exigeront des test à londe plane aux fréquences lesplus élevées, puisque dans le cas des fréquences élevées, on aura toujours en pratique uneonde « plane »Classification par fréquence [modifier]2 types de perturbations: BF :basses fréquences HF :hautes fréquences
  6. 6. Classification par durée [modifier]Perturbations permanentes [modifier]Ce sont les perturbations provenant essentiellement : démetteur radio (par rayonnement direct, ou par induction sur les câbles) du champ magnétique généré par les lignes dalimentation de la déformation de la tension de lalimentation (harmoniques, ondulation DC...)En général, dans la réglementation, limmunité de lappareil doit être suffisante pour éviter unedégradation de fonction au-delà de la spécification.Perturbations transitoires [modifier]Ce sont des perturbations provenant essentiellement : de décharges électrostatiques dondes de foudre de commutations électriques dans le réseau dénergie de creux de tensionDans la réglementation, il est globalement admis que la susceptibilité de lappareil permetteune dégradation temporaire de fonction, mais avec auto-récupération de cette fonction unefois la perturbation terminée (sans intervention de lutilisateur).Classification par type de couplage [modifier]On appelle couplage le processus par lequel lénergie du perturbateur atteint la victime.Chaque fois que lon parle de courant, de tension ou de champ, on noubliera pas quil sagit degrandeurs électriques variables dans le temps.Couplage par impédance commune [modifier]Le circuit électrique du perturbateur possède dans ce cas une impédance commune avec lecircuit électrique de la victime. Aux bornes de cette impédance commune se trouve unetension générée par le courant passant dans le circuit perturbateur. Comme cette impédanceest également 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 destensions parasites sur la tension du réseau, et une victime qui utilise la tension du réseau, etqui récupère en même temps cette tension parasite.Couplage capacitif [modifier]
  7. 7. Diaphonie capacitiveDans ce cas, il existe sur un circuit perturbateur une tension susceptible de produire desperturbations. Il existe aussi une capacité entre ce circuit perturbateur et un autre circuit, quisera la victime. Par cette capacité, de lénergie électrique perturbatrice atteint le circuitvictime.Exemple: Le phénomène de diaphonie capacitive. Un conducteur appartenant au circuitperturbateur se trouve dans le même câble quun conducteur appartenant au circuit victime.Ces deux conducteurs étant proches, il existe une capacité entre eux, responsable du couplage.Le couplage sera dautant plus élevé que limpédance du circuit victime est grande, du fait dupont diviseur de tension constitué de la capacité et de limpédance de la victime.Couplage inductif [modifier]Diaphonie InductiveDans ce cas, il existe dans le circuit perturbateur un courant susceptible de produire desperturbations. À proximité de ce circuit se trouve un circuit victime. Le courant du conducteurdu circuit perturbateur produit autour de lui un champ magnétique. Ce champ magnétiqueinduit un courant dans le circuit victime.Exemple: La diaphonie inductive. Le conducteur du circuit perturbateur se trouve dans lemême câble que le conducteur du circuit victime, et induit dans ce dernier une tensionparasite. Plus limpédance du circuit victime sera faible, plus cette tension induira une énergieperturbatrice importante dans le circuit victime.Couplage par champ électrique [modifier]Ce couplage est aussi appelé couplage champ à fil. Cest un champ électrique incident qui vaproduire une perturbation sur un circuit victime. Remarquons tout de suite que le couplagecapacitif cité plus haut est de même nature, puisque la capacité de couplage amène des lignesde champ sur la victime. La différence ici, cest que le perturbateur est plus éloigné: Au lieudidentifier le perturbateur lui-même, on identifie le champ électrique qui en est issu.
  8. 8. Exemple : le champ électrique d’impulsion issu dune bougie dallumage de moteur atteintlantenne dun récepteur autoradio.Couplage par champ magnétique [modifier]Ce couplage est aussi appelé couplage champ à boucle. Cest un champ magnétique, issu dunperturbateur, qui traverse un circuit victime, et induit donc dans ce circuit une tensionparasite. Cest linduction. Remarquons là aussi que ce couplage est de même nature que lecouplage inductif cité plus haut...Au lieu didentifier le perturbateur lui-même, on identifie lechamp magnétique quil a généré.Exemple: un coup de foudre à proximité de la victime (et non dessus). La foudre est unedécharge électrostatique caractérisée par un courant de plusieurs dizaines de milliersdampères, et de temps de montée de lordre de la microseconde. La tension induite dans uneboucle est donc importante du fait de la variation importante de lintensité du courant, maisaussi de la rapidité de la montée de ce courant.Couplage par champ électromagnétique [modifier]Souvent, un perturbateur émet à la fois des champs électriques (dus aux tensions) et deschamps magnétiques (dus aux courants) ; Cest lensemble de ces deux champs qui atteint lavictime. Cependant, même si un perturbateur német au départ quun champ électrique, leséquations de Maxwell montrent quà une certaine distance de cette source, un champmagnétique apparaîtra aussi, pour former une onde plane électromagnétique (voir ondeélectromagnétique). Il en est de même si le perturbateur német au départ quun champmagnétique. Cette transformation a lieu à une distance correspondant à une fraction nonnégligeable de la longueur donde. Elle est donc grande pour les fréquences basses, maiscourte pour les fréquences élevées. Cest une des raisons pour lesquelles les mesures de CEMne sont pas les mêmes pour les fréquences basses et pour les fréquences élevées. Pour lesfréquences élevées, on aura presque toujours affaire à une onde plane électromagnétique.Classification par mode de propagation [modifier]On entend parler très souvent des deux modes de propagation: le mode différentiel et le modecommun. On aurait pu inclure ces deux définitions dans les modes de couplages, maislimportance de ces deux termes, notamment le mode commun, mérite quon les définisse avecprécision.Propagation en mode différentiel [modifier]Mode différentiel
  9. 9. Soient deux conducteurs connectés à un appareil électrique ou électronique. On dit quunetension est appliquée en mode symétrique (ou différentiel) à cet appareil si la tension estprésentée entre les deux conducteurs. Par exemple, la tension dalimentation du secteur estappliquée en mode différentiel. Ou bien encore la tension présente sur une paire de filstéléphoniques. Si on considère le câble constitué par lensemble des deux conducteurs, lasomme algébrique des courants dans ce câble est nulle, puisquil y a un courant « aller » dansle premier conducteur, et un courant « retour » de même intensité, mais opposé, dans lesecond conducteur.Pour éviter les problèmes de CEM, il suffit que les deux conducteurs soient suffisammentproches.Propagation en mode commun [modifier]Mode communLa propagation dune perturbation en mode commun est considérée par la plupart desingénieurs en CEM comme le principal problème de la CEM ! ... ce qui justifie quon syattarde un peu.Soit un câble constitué de plusieurs conducteurs, connecté à un appareil électrique ouélectronique. Supposons que des champs électromagnétiques extérieurs induisent un courantparasite dans lensemble des conducteurs de ce câble. Ce courant entre dans lappareil victimepar ce câble. Remarquons que dans le mode différentiel, il existait dans le câble un conducteurpour le courant « aller » et un conducteur pour le courant « retour ». Ce nest pas le cas ici : lechamp électromagnétique a induit des courants en phase dans tous les conducteurs du câble.Comme il ny a pas de conducteur de retour de ce courant dans ce câble, il faut se poser laquestion de savoir par quel chemin le courant de mode commun va se refermer, puisque enprincipe, un courant parcourt un circuit fermé...Puisque ce courant est « entré » dans lappareil, il va nécessairement ressortir de lappareil :- par dautres câbles de lappareil, sils existent.- par un conducteur de « terre », sil existe.- par la capacité entre lappareil et la « terre », qui existe toujours.
  10. 10. Ce courant, via ces trois chemins possibles va finir par retourner « à la terre ». Il va alorscirculer dans la terre, et va revenir pour boucler le circuit, en principe jusquà lautre extrémitédu câble considéré. Lextrémité du câble sera lappareil doù provenait le câble, par exempleson alimentation, etc. Le circuit est ainsi bouclé.Ce courant est dit « de mode commun ». Son circuit peut être très grand :- en longueur, car le câble peut venir de loin. Pensez au réseau EDF....- en largeur, car le câble peut être haut par rapport 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 cecircuit et perturber lappareil ( appareil victime). En effet, ce courant perturbateur qui entredans lappareil va, si rien nest fait, traverser la carte électronique et perturber les circuitsélectroniques quelle comporte.Nous avons considéré jusquà maintenant que lappareil était victime. Imaginons que ce soitlappareil lui-même qui génère une perturbation dans ce circuit, par exemple en générant uncourant RF sur son câble . Ce courant va circuler dans le circuit de mode commun cité plushaut. Comme ce circuit est très grand, il va jouer le rôle dune antenne, et créer desperturbations très loin. Lappareil sera un perturbateur important.Pour réduire les effets de ces perturbations de mode commun, que lappareil soit victime ouperturbateur, lappareil doit être convenablement traité au niveau de la connectique dentrée,par les techniques appropriées de protection CEM. Par exemple, on imposera aux courants quientrent par chaque conducteur du câble daller directement à la masse de lappareil, et déviterainsi de passer par les fonctions de la carte. Il est préférable aussi de relier la masse delappareil à la terre, ou au plan de masse ( voir plus loin). Ou bien, on tentera dempêcher cescourants dentrer dans lappareil, en enfilant dans le câble un tore de ferrite dit « suppresseurde mode commun ». On peut aussi blinder lensemble des conducteurs du câble, et connecterle blindage à la masse de lappareil, à larrivée du câble. Le courant de mode commun, quipasse uniquement à la surface extérieure du blindage, est ainsi dérivé vers la masse, et netraverse plus la carte électronique.Nous avons considéré jusquà maintenant que le retour du courant de mode commun se faisaitpar la « terre ». Dans les systèmes complexes, on trouve souvent un plan de masse communaux différents appareils ( bancs de mesures de laboratoires, véhicules, etc.) Cest évidemmentalors ce plan qui tient lieu de « terre ». On peut dans ce cas réduire les perturbations de modecommun en maintenant les câbles dentrée le plus près possible du plan de masse du système,afin de réduire la surface de la boucle de mode commun.Nous avons traité le problème du mode commun en considérant les courants. Dans lalittérature technique, on considère parfois non pas les courants, mais les tensions de mode
  11. 11. commun. Ces tensions sont présentes entre les conducteurs du câble, et la « terre ». Cestévidemment un point de vue dual.On rencontre des problèmes de mode commun même pour les fréquences de plusieurscentaines de mégahertz. On peut même dire que ce sont les problèmes qui se sont le plusmultipliés depuis le foisonnement des émissions radioélectriques. Sur ces fréquences élevées,on notera simplement une différence en ce qui concerne la boucle de mode commun: Commecette boucle est souvent de dimensions supérieures à la longueur donde, il ne faut plus tenircompte de la surface de la boucle, mais considérer tout simplement que le câble qui entre danslappareil est une antenne qui capte les rayonnements perturbateurs. La protection en modecommun de la victime consistera toujours à empêcher ces courants dentrer sur la carteélectronique. Si lappareil est considéré comme perturbateur, on évitera que les courantsinternes ne sortent de la carte.Les sources [modifier]Décharges électrostatiques (dorigine humaine) [modifier]Il sagit dune « source » parasite naturelle, probablement la plus répandue. Le mécanisme estle suivant : le corps dun être humain (utilisateur, dépanneur, fabriquant, peu importe) est chargé par effet tribo-électrique, les charges accumulées se déchargent brutalement, quand une opportunité se présente : cest la décharge électrostatique (ou DES, ou ESD en anglais).Non seulement cest très désagréable pour le porteur (ou la porteuse) de charges, mais, silobjet qui a servi « dopportunité » est dun naturel fragile, il risque de ne pas apprécier. Lesconséquences possibles pour un matériel électronique « victime » sont : la destruction dun composant (en fabrication, en utilisation ou en maintenance), des dysfonctionnements (« plantages », pertes de données), des phénomènes analogiques transitoires (« clics » dans un haut-parleur, p.ex.) plus complexe, certaines méthodes dimmunisation dun matériel (par exemple, une enveloppe conductrice) pourront conduire ses utilisateurs à craindre ou refuser de sen servir, pour éviter des chocs électriques.Le phénomène « décharge électrostatique dorigine humaine » est modélisé, dans lanormalisation, par : un générateur dimpulsion, modèle électrique du corps humain, constitué dun circuit « capacité + résistance », en série ; la plupart des normes font appel à un condensateur de 150 pF se déchargeant dans une résistance de 330 Ω ; ce modèle, trop grossier pour décrire intégralement limpulsion, est complété par des caractéristiques temporelles (majorant du temps de montée, nombre et taux de répétition des impulsions, etc.) un modèle géométrique dun doigt humain, servant délectrode de sortie au générateur, accompagné dun scénario de couplage (contact direct, couplage inductif représentant un contact sur un objet proche, etc.
  12. 12. un niveau de sévérité, pouvant être la tension de charge initiale du condensateur, ou la valeur crête de limpulsion (le générateur étant connecté sur une charge résistive de référence), variable selon le degré de précautions contre les décharges électrostatiques quil est raisonnable dattendre des humains qui se trouvent à proximité.La foudre [modifier]Avec la foudre, on ne quitte pas le domaine de la triboélectricité, on change simplementdéchelle. Un cumulo-nimbus, cest plusieurs km³ dun mélange dair, de vapeur deau, degouttelettes et de particules de glace, le tout brassé par des courants violents. Après quelquesdizaines de minutes de ce régime, la quantité de charge cumulée est colossale. Ces chargessont réparties « au petit bonheur » dans des « poches » positives ou négatives, créant desdifférences de potentiel se chiffrant en mégavolts. Pour compléter le tableau, les pochessituées dans la couche la plus basse créent, sur le terrain (conducteur) survolé, des zoneschargées par influence, de signe opposé.Quand le champ électrique est suffisamment élevé, une ou plusieurs poches (+ le sol) sedéchargent mutuellement. Cela peut se produire soit parce que, de manière aléatoire, le rayon de courbure local dune poche de charge est assez réduit pour atteindre le champ dionisation de lair à laltitude considéré, ce qui déclenche, de proche en proche, une sorte de « réaction en chaîne », soit parce quun conducteur (avion, fusée, quil sagisse dAriane ou dune fusée « anti- foudre ») se promène dans le coin, avec pour effet : de diminuer la distance isolante entre poches de charges (donc, daugmenter le champ électrique sur la distance qui reste), dintroduire des équipotentielles (bien forcé, sil sagit dun conducteur…) à faible rayon de courbure (oui, cest cela, des pointes). Du coup, pour peu que le champ initial 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 lautre, il faut se souvenir que la foudre est un processus naturelcomplexe, faisant intervenir aussi bien les lois de lélectrostatique, de lélectromagnétisme, dela thermodynamique, de laérodynamique, etc., etc. Il existe des modèles relativementsatisfaisants du phénomène, à 1, 2 ou 3 dimensions. Et des photos de foudroiement réel quimontrent des choses beaucoup plus compliquées.Revenons au foudroiement dun avion de ligne, phénomène qui se produit à peu près toutes les2000 ou 3000 heures de vol. Le « scénario de base », qui se produit « souvent » est le suivant : lavion met le nez dans une zone à champ élevé, cest donc le nez qui est foudroyé (en premier) ; de haut en bas ou de droite à gauche, ou tout intermédiaire, dans le sens de votre choix : tout dépend de la position des « poches » de charges au départ et, donc, de lorientation du champ électrique, durant les dizaines ou centaines de millisecondes quil faut pour « vidanger » les « poches » de charges, éventuellement avec des à-coups (on na jamais prétendu quune poche de charges était quelque chose dhomogène à linstant t…), le canal de
  13. 13. plasma servant à écouler le courant de foudre est soumis à de multiples influences, les principales étant : le champ magnétique produit par le courant de foudre tend à augmenter tout rayon de courbure local et, donc, à déstabiliser, déformer, voire éclater le canal (ce champ est dailleurs mis à profit de cette façon dans un très astucieux type de bandes parafoudres), le gradient de température, qui tend à recentrer le courant « là où il fait chaud », tout déplacement physique du canal devant se payer dun chauffage du nouveau trajet (et dun refroidissement de lancien) ; le courant est donc instable, mais avec une inertie importante ; et lavion, dans tout cela ? Il continue davancer, avec une vitesse de lordre de 100 à 250 m/s : un gros avion de ligne avance de sa propre longueur en 300 ms environ, et il est donc balayé par larc qui, lui, reste plus ou moins fixe, selon un processus évidemment pas linéaire (ce serait trop simple) : à lendroit de limpact (en entrée comme en sortie), le courant de foudre vaporise un « petit bout davion » (peinture, aluminium, composite : ce qui traîne à cet endroit là), ce qui fournit une excellente électrode pour profiter du raccourci que constitue lavion, au fur et à mesure que lavion avance, ce point dentrée séloigne du cheminement densemble : le courant de foudre commence à faire un détour, dont la longueur augmente très vite dès que le champ magnétique sexerce sur lui, du coup, le champ au début du détour se met à augmenter, suffisamment pour percer un nouveau trou (à travers la peinture sil y en a), et cest comme cela quune cellule davion touchée par un foudroiement « bien élevé », respectueux du modèle, se retrouve ornée dun joli pointillé, avec un espacement variable en fonction de la présence et de lépaisseur de la peinture), avec accrochage occasionnel un peu plus prolongé sur des « machins qui dépassent » (antenne, gouverne…) tout ceci jusquau moment où les points dentrée ou de sortie arrivent à un cul de sac (extrémité daile, de dérive, etc.) : le courant de foudre, sil existe encore après tout ce temps, finit par se rebrancher sur lui-même, sans passer par lavion, quand le champ provoqué par la chute de tension le long du détour est suffisant pour ioniser lair « aux bornes du détour ».Naturellement, il existe de multiples cas de foudroiement « malpolis », qui ont refusé lemodèle quon avait prévu pour eux.Pour les fusées, cest à peu près pareil, en plus vertical. Plus quelques différences : les gaz en sortie de tuyère dun moteur fusée sont beaucoup plus chauds que ceux sortant dun turbo-réacteur, ce qui les rendent faciles à transformer en canal de foudroiement, les fusées servant à étudier la foudre sont munies dune « laisse » reliée à la terre, fournissant, en se volatilisant, un canal « naturel » à la foudre déclenchée.
  14. 14. Autres décharges électrostatiques [modifier]Si des charges électrostatiques saccumulent sur un objet isolé, il pourra survenir une déchargeélectrostatique dès que le potentiel de cet objet atteindra une certaine valeur : il y auradécharge entre cet objet et un autre objet de son environnement. Lair lui-même contient descharges: Les petites charges, constituées par des ions légers, sont dues à lionisation desmolécules gazeuses par le rayonnement UV du soleil. Des charges plus grosses sontconstituées par des poussières chargées, ou par des gouttelettes deau chargées. Ainsi, un objetqui se déplace dans lair peut récupérer ces charges, ce qui va faire monter son potentielélectrostatique par rapport à son environnement. Même un objet immobile mais isolé pourrarécupérer des charges, si lair se déplace. Pour toutes ces raisons, il arrive souvent quun objetdemeuré isolé pourra générer une décharge électrostatique avec son environnement immédiat(isolateurs...). Si lobjet fait partie dun appareil électronique, la décharge pourra avoir lieu àtravers un condensateur disolation, et détruire ce dernier. Cest pour cette raison que lesantennes des systèmes de télécommunications ne sont jamais parfaitement isolées en continu,et que les tests CEM sont également appliqués aux antennes des terminaux radio.Quelques autres sources naturelles [modifier]Émetteurs : radiodiffusion, télévision, télécommunications, radars, etc. [modifier]Les équipements hertziens, principale source de champs électromagnétiques rayonnés, qui deplus augmentent quasi-exponentiellement, sont régis par la directive européenne1999/5/CEdite RTTESils font lobjet de dérogation par rapport à la directive CEM, en particulier pour le niveaumaximal démission, afin de remplir leurs fonctions, ils doivent apporter les mêmes garantiesque les autres appareils en matière de compatibilité électromagnétique (art.3, exigenceessentielle 1b).La norme fondamentale dimmunité aux champs électromagnétiques (CEI 61000-4-3) prévoitdors et déjà la possibilité dessai jusquà 6 GHz afin de prendre en compte les fréquences plusélevées des émetteurs (Wifi en 802.11a, WIMAX...). Mais, les normes sappliquant auxproduits limitent lutilisation de la norme fondamentale en général de 1 à 2,7 GHz. Uneévolution à long terme est prévue pour faire évoluer jusquà 18 GHz la norme fondamentale.Mais, la modulation utilisée habituellement par cette norme (AM 80% 1 kHz) nest pasreprésentative des équipements à large bande, même si la simple modulation AM est reconnuecomme la plus perturbante envers les équipements.Les limites dimmunité du domaine civil sont déterminées en fonction des cas courants dansun environnement donné. Les niveaux dimmunité requis varient entre 1 V/m (enenvironnement protégé), 3 V/m (résidentiel), 10 V/m (industriel) et 30 V/m (exceptionnel).Dans les domaines automobiles ou militaires, certaines spécifications exigent des niveauxdimmunité exprimés en kV/m.LArcep publie la conclusion dune étude sur le wifi « La principale conclusion de l’étude estque, pour des conditions d’utilisation conformes à la réglementation radioélectrique desRLAN, les valeurs limites d’exposition du public aux champs électromagnétiquesdéfinies dans le décret n° 2002-775 sont respectées pour tous les cas d’utilisation de
  15. 15. matériels RLAN mesurés ou simulés dans le cadre de l’étude. ». Ces résultats étaientprévisibles compte tenu de la faible puissance de lémetteur (100mW maximum). Toutefois, ilest donc de la responsabilité de lutilisateur de léquipement de ne pas modifier lantenne oudautres caractéristiques afin de doper la puissance démission de son transmetteur.LAnfr publie la réglementation applicable.La confirmation que les limites du décret 2002-775 sont prises en compte est apportée par lesite cartoradio où les niveaux mesurés sont comparés aux limites du décret 2002-775, soit de28 à 61 V/m en fonction de la fréquence.Les opérateurs de téléphonie mobile sengagent à respecter les limites du décret 2002-775 soit41 à 61 V/m pour les bandes GSM et 3G : de lAfom guide des bonnes Pratiques signée entrelAFOM et lAMF page 16.Transitoires dans les réseaux dénergie (dus à lexploitation du réseau) [modifier]Dans cette catégorie, la perturbation est dorigine humaine, et est liée à la fermeture dunegrande boucle.A titre dexemple, il faut imaginer : une centrale électrique de base (par exemple, 4 tranches nucléaires, fournissant 5 GW) une grande ville, pour laquelle les 5 GW ne représentent quune partie des besoins, et, entre les deux, deux lignes haute tension plus ou moins parallèles, sur 1 500 km.Hors, 1 500 km correspondent à un quart de longueur donde (λ/4) dun signal à 50 Hz. Pourdes raisons de maintenance, une seule des deux lignes est ouverte au raz de la centrale. Aufinal, une ligne aller et une ligne retour se forment et sont similaires à un circuit accordé àλ/2 : la tension fabriquée par la centrale est en opposition de phase au bout des 3 000 km deligne par rapport à la tension provenant directement de la centrale. On peut obtenir aisément800 000 volts efficaces, juste séparés par un interrupteur ouvert.A la fermeture de linterrupteur, les tensions en opposition de phase sont assimilable par lacentrale comme un court circuit.Jusquà ce quun 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 linstant de la fermeture)par le court-circuit dynamique.Dans le réseau électrique européen maillé et entièrement interconnecté, ce genre de manœuvreest réalisé plusieurs fois par jour. Toutefois, la résonance nétant jamais exacte, et la naturerépartie des charges et des autres sources fournissent un amortissement. Malgré tout, àchacune de ces fermetures de grande boucle, lensemble du réseau européen est fortementdéséquilibré durant plusieurs secondes. Les pays « en bout de ligne », jouent particulièrementle rôle de réflecteur (donc, de ventre de tension, même si aucune onde stationnaire navraiment le temps de sétablir).Ce genre de phénomène, bien quatténué dans la mesure du possible, laisse des traces jusquàlutilisateur final. Il faut aussi ajouter à ces résidus tous les phénomènes similaires (bien quà
  16. 16. échelle plus réduite) affectant les divers réseaux à tension de plus en plus basse jusquàlutilisateur.Effets indirects de la foudre [modifier]Quand la foudre tombe quelque part (ou quun éclair survient au sein dun nuage), le courantproduit un important champ magnétique d’impulsion, qui vient se coupler avec tous lesconducteurs environnants (tous les conducteurs, pas seulement ceux que lon a mis là dans lebut dy transmettre de lélectricité, y compris donc les réseaux de terres, massesmétalliques...).Commutations « courants forts » [modifier]Larchétype de ce genre de source est lomniprésente « alimentation à découpage ».Commutations « courants faibles » [modifier]La plupart des cartes électroniques modernes font appel à des circuits logiques rapides. Cescircuits 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. Bien que deniveaux assez faibles, ces rayonnements peuvent en particulier perturber les récepteurs radiosplacés à proximité. Il suffit, pour sen convaincre, de placer un récepteur radio à proximitédun ordinateur... Les concepteurs de ces systèmes doivent respecter les directives CEMconcernant le rayonnement des appareils, et concernant les émissions conduites qui pourraientêtre présentes sur les câbles de sorties de ces appareils.Les « méchants » : IEMN, guerre électronique, armes hyperfréquences [modifier]Il faut rendre cette justice aux militaires de tous les pays : depuis Archimède et ses miroirsardents, censés avoir incendié la flotte romaine devant Syracuse, ils ont généreusementfinancé de nombreuses idées de « Rayon de la Mort », avec des résultats variables (et parfoiscomplètement inattendus, comme le Radar, sil faut en croire la biographie de Nikola Tesla).Parmi la multitude didées sérieuses ou loufoques en la matière, il y en a 3 touchantparticulièrement la CEM : limpulsion électromagnétique dorigine nucléaire (IEMN), pas forcément si nucléaire que cela dailleurs, la guerre électronique : leurres, brouilleurs et autres attrape-radars (militaires ou civils) ou tueurs de conversation, la dernière mode : les armes électromagnétiques.Impulsion électromagnétique dorigine nucléaire (IEMN) [modifier]Dès 1946, le gouvernement des USA a acquis deux certitudes : lURSS allait envahir le morceau de lEurope non encore sous son contrôle, lors dune attaque surprise pouvant intervenir dune heure à lautre, compte tenu du nombre de soldats de part et dautres, la seule arme permettant de garantir une défaite soviétique était la bombe atomique.
  17. 17. Larmée américaine sest donc lancée dans un vaste programme dessais darmes nucléaires. LeNouveau Mexique, où ont explosé les premières bombes, comportant une densité délecteurstrop élevée pour en poursuivre lirradiation, et le Japon étant devenu un allié, ces essais ont eulieu sur latoll de Bikini. Au ras du sol, sous leau, en lair, bombes davion, obus dartillerie oumine : à part en suppositoire, ils ont tout essayé… Y compris deux tirs successifs dans lahaute atmosphère.Après chacun dentre eux, il y a eu une panne électrique à Hawaï (à un bon millier de km delà, à vol de B29). Panne provoquée par une impulsion électromagnétique géante, qui, coupléeaux lignes électriques, a déclenché tous les disjoncteurs. Et les responsables militairesaméricains se sont dit « Alors comme ça, depuis son bureau, le président pourrait éteindre lalumière à Moscou ? Cool… ». La télécommande ultime, en quelque sorte. Mais pas questionde continuer les travaux pratiques, il a fallu faire de la théorie.Et la théorie, la voici. Au fond, après coup, quand on sait ce quil faut chercher, cest toutsimple : Une bombe atomique émet des rayons ionisants. Et les rayons ionisants, ça ionise ce quil y a tout autour, à commencer par lair. Cest comme ça quapparaît une boule de feu, « bouillie » délectrons et de noyaux dazote, doxygène et autres atomes présents sur place. À cause de la température et de la pression de radiation, cette boule subit une expansion rapide : des charges électriques qui se déplacent, voilà une bonne base pour créer une impulsion électromagnétique, non ?Non. Ça ne marche pas. Les électrons (négatifs) et les noyaux (positifs) font en gros le mêmetrajet, donc leurs effets respectifs se compensent. Oui, mais tout ça se passe dans le champ magnétique terrestre. Du coup, en se déplaçant, les électrons vont partir « en biais » dans un sens, et les ions positifs dans lautre, et là, on la notre impulsion, non ?Non. Ça ne marche toujours pas. Comme la boule sétend dans tous les sens, le déséquilibredu nord sera compensé par celui du sud, celui du haut par celui du bas, celui de lest par celuide louest. On se récupère un moment dipolaire. Par de quoi éteindre la télé à 1 000 km. Alors ? Mais au fait, ça se passait lors de tirs à haute altitude, ce truc… Si la bombe explose assez haut, il ny aura plus de « boule de feu du haut », vu quil ny a pas assez dair à ioniser. Et le déséquilibre de la partie basse de la boule, causé par la séparation des charges + et - par le champ terrestre, ne sera plus compensé par rien ?Ah ? Oui, tiens, là ça marche…Calcul de lendroit « 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 commeacquis que tous les missiles embarqués sur sous-marin serviraient à « fabriquer » de lIEMN àjet continu, seuls les missiles au sol étant assez précis pour détruire les « silos de lavengeance » dans les plaines américaines (seulement, voilà : les missiles au sol ont une
  18. 18. trentaine de minutes de voyage à faire, alors quun sous-marin bien placé peut commencer lefeu dartifice 5 minutes après avoir « déclaré la guerre » ; ils devaient donc servir dapéritif,pour empêcher la victime de réagir. Il faut dire que, même si on a soigneusement évité de tropen avertir les bailleurs de fond (oui, le contribuable), la vulnérabilité du réseau électrique estdevenue de moins en moins évidente : avec des réseaux maillés de plus en plus grands,lIEMN sest vue rattrapé, en termes de pire contrainte, par la fermeture de grande boucle (voirplus 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 nont pas assez de bombespour en « gaspiller » une à « faire des parasites ». La menace est donc de moins en moinscrédible.Un dernier mot sur ce genre de « gadget » : il existe un autre moyen de briser la symétrie,cest de faire exploser la bombe au ras du sol. Ça fonctionne, mais avec un rayon daction pluslimité. On sest dailleurs rendu compte que le côté « atomique » nétait pas indispensable : unebombe FAE (Fuel Air Explosive) est capable de « fabriquer » une impulsionélectromagnétique.Guerre électronique [modifier]Armes électromagnétiques [modifier]Les victimes [modifier]On ne cherche pas à établir une (impossible) liste exhaustive, mais juste à donner quelquesexemplesEffets biologiques [modifier]Article connexe : Pollution électromagnétique.Ce cas mérite dêtre traité séparément, car personne naime voir son sort mélangé avec celuidune poignée de transistors… Les risques biologiques du champ électromagnétique sontétudiés depuis la fin de la seconde guerre mondiale, au vu de problèmes de santés de certainsradaristes qui avaient passé les années de guerre dans lintimité dantennes radar à grandepuissance.Effets thermiques [modifier]Aujourdhui encore, 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 lesnormes (normaliser linconnu nest pas très sérieux…). Dans un premier temps : on sest basé sur la sensation de chaud de cobayes soumis à un champ constant, défini par sa densité de puissance (en W/m²), en fonction de la fréquence (avec une part de calcul pour tenir compte de leffet de peau et des résonances du corps humain) on a pris une marge de sécurité (variable selon la population visée) et on en a déduit des courbes de champ E et H maximaux, correspondant au cas dune onde plane (ce sont donc des majorants si londe nest pas plane).
  19. 19. Lavènement de la génération GSM a conduite à une démarche beaucoup plus sophistiquée,prenant de mieux en mieux en compte : le fait quau voisinage dun téléphone portable (par exemple, dans le cerveau), le champ na rien dune onde plane (dautant que le corps de lutilisateur participe à la structure antennaire…), la complexité de la structure corporelle (on est passé du « sac de sérum physiologique » des temps héroïques à une structure multicouche représentative de la peau, des os du crâne, des méninges et de la matière cérébrales la capacité dévacuation thermique de la circulation sanguine, etc.pour aboutir à une évaluation crédible du débit dabsorption spécifique ou SAR (specificabsorbtion rate). En dépit de toute cette sophistication, on en reste à un unique phénomènephysique : lélévation de température de tissus biologique soumis à un transfert de puissanceélectromagnétique.Effets « athermiques » ou « non-thermiques » ou « spécifiques » [modifier]Rien que les dénominations montrent à lévidence le faible niveau de compréhensionscientifique du sujet. Il faut dire que la complexité est redoutable : en thermique, lévaluation du champ peut suffire évaluer la dangerosité, ici, il faut tenir compte de tout, à commencer par le procédé de modulation (qui change à chaque nouvelle génération de portables, pour ne citer queux).Il y a probablement des effets, la difficulté est de les évaluer, puis de déterminer si ces effetssont ou non nocifs.Effets électriques [modifier]Certaines normes tiennent compte du risque délectrisation par courant haute fréquence (induitdans une structure conductrice), complétant ainsi utilement les normes sur la sécuritéélectrique. Là encore, on sen tient au risque thermique (brûlures superficielles)Effets CEM [modifier]La normalisation actuelle suppose lhumain de référence en bonne santé nu, ou du moins aux vêtements 100% diélectriques.En pratique, nous sommes toujours plus ou moins porteurs de métal (monnaie, clef, lunettes, etc.) pouvant être portés à température élevés dans un champ électromagnétique, et provoquer des brûlures, mais, surtout, de plus en plus nombreux sont les gens qui ne restent en vie (ou, du moins, en relativement bonne santé) que grâce au bon fonctionnement dappareils électroniques externes ou internes, que ce soit en milieu hospitalier ou dans la rue (ou au travail).
  20. 20. Ces matériels sont, certes, couverts par les « exigences essentielles » de la directive CEM,présumée par le respect de normes CEM spécifiques à la profession, mais cette présomptionest quelque peu « flottante » : en pratique, un respect crédible des exigences essentiellesnécessite daller beaucoup plus loin que le simple respect des normes. Un autre problème estle risque dostracisation des personnes dotées dun tel appareil, tant sur le lieu de travail(industrie télécom, plasturgie, cuisson micro-ondes) que dans la vie de tous les jours (Hotspots WiFI/AirPort, portiques daéroport), pour cause de niveau de susceptibilité garantiinsuffisant.Redressement parasite [modifier]Un signal HF (du point due vue du circuit qui le reçoit) peut-être démodulé. Sil est modulé en amplitude (ou en fréquence, et que le gain de démodulation varie suffisamment vite autour de la fréquence porteuse), le signal de modulation sera injecté dans le circuit : cest de là que viennent toutes les histoires de sonorisations déglises recevant la CB des camionneurs de passage.Il aura démodulation damplitude si le circuit est « non linéaire ». Tout circuit électroniquecontenant des semi-conducteurs est non linéaire si on atteint un certain niveau de signal. Lesamplificateurs bas niveau, qui se saturent plus vite, seront plus sensibles à ces phénomènes dedémodulation damplitude. Les entrées audio bas niveau des amplificateurs doivent donc fairelobjet dune attention particulière. Si le signal HF nest pas modulé, on nest pas tiré daffaire pour autant, car la composante continue démodulée peut modifier le point de polarisation des composants, entraînant blocages ou saturations.« Plantages » [modifier]Tout signal à fort facteur de forme (par exemple un signal d’impulsion), modulant ou non uneporteuse, peut provoquer un changement détat dun circuit « logique ». Si ce circuit participeà un automate séquentiel (tel quun ordinateur), létat interne risque den être modifié, et lefonctionnement ultérieur devient aberrant.Métastabilité [modifier]Cest une variante extrêmement insidieuse du cas précédent. Il faut se souvenir que le conceptde « circuit logique » est purement artificiel. Il sagit en fait de circuits analogique à latransmittance non-linéaire. Du coup, suite à une perturbation, il arrive quune sortie seretrouve à létat « ½ » (« quelque part entre 0 et 1 ») durant un temps pouvant se chiffrer enmillisecondes.Verrouillage (alias Latch Up) [modifier]« Loi de Moore » aidant, ce phénomène, mis en évidence avec les premiers circuits logiquesCMOS, présente maintenant un risque pour toutes les technologies de circuit intégrés faisantappel à lisolation par jonction en inverse. Lors de la fabrication dun circuit intégré, on crée,au passage, de multiples structures PNPN ayant un gain suffisant pour constituer un thyristor.Il suffit quun phénomène d’impulsion (signal électrique ou photon ou particule ionisante)
  21. 21. amorce un de ces thyristors pour que ce dernier court-circuite lalimentation. À partir de là,plusieurs choses peuvent se produire : soit le gain est un peu « juste » (compte tenu du courant de court-circuit) et le thyristor sauto-désamorce : cela ressemble à la métastabilité, soit on reste dans cet état jusquà coupure du courant, soit on « grille un fusible », quelque part dans la métallisation, et le circuit est détruit.Obtention de la CEM [modifier]Pour obtenir ou améliorer la compatibilité, on peut jouer sur les 3 termes de la triade« source/couplage/victime » : 1. diminuer le niveau démission des sources ; par exemple, dans le domaine de la conversion dénergie : o un convertisseur à résonance sera, sil est bien conçu et bien implanté, beaucoup moins « baveux » quun convertisseur à commutations dures, o le remplacement dun redresseur classique « diodes + condensateur » par un redresseur à PFC (correcteur de facteur de puissance) évitera le plus gros de linjection de courant harmonique dans le réseau énergie. o on peut également citer le remplacement, par EDF, des éclateurs à cornes servant décrêteurs 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, o 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… o lintroduction de létalement de spectre dans les communications radio a beaucoup diminué la capacité de nuisance des parasiteurs à bande étroite. 3. Mais si, comme cest trop souvent le cas, toutes les erreurs de conception sont déjà figées avant de sinquiéter de CEM, on ne peut plus agir que sur les couplages.Cela consistera souvent à traiter lenvironnement des cartes électroniques de lappareil encause, quil soit victime ou pollueur. Il existe 6 méthodes permettant de séparer des victimesde leurs « bourreaux » : 1. o Le Blindage la suppression du mode commun le filtrage fréquentiel le filtrage temporel lécrêtage la porte de bruitLe blindage [modifier]Le Blindage électromagnétique consiste à diviser lespace en domaines électromagnétiquesséparés, certains « propres » et dautres « sales », sans aucune communication entre eux. Enpratique, une carte électronique sera placée dans un boîtier métallique qui la protègera desrayonnements extérieurs .
  22. 22. Un blindage est très efficace en théorie, dès que les fréquences mises en causes dépassent leMHz. En pratique, il en est tout autrement, car une carte électronique est généralement enrelation avec lextérieur par des câbles électriques, ne serait-ce que lalimentation. On constatealors que lefficacité 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 [modifier]Voir le paragraphe « mode commun » pour la définition . La protection contre les signaux demode commun consiste, pour un appareil victime, à empêcher les courants induits sur lescâbles, de pénétrer dans la carte électronique et de perturber les fonctions qui sy trouvent.Pour les appareils perturbateurs, cette protection consiste à empêcher les courants parasites desortir de la carte et daller circuler sur les câbles extérieurs. La protection du mode communvise donc les mêmes buts quun blindage, et souvent rend ce dernier efficace. En effet, il nesert à rien de blinder un appareil, si les perturbations passent par les connexions qui entrentdans le blindage.Voici quelques règles de protection contre les signaux de mode commun, valables autant pourles perturbateurs que pour les victimes.Si lappareil concerné possède un boîtier métallique, et si la carte possède une couche demasse, la protection sera plus aisée à obtenir: On devra, si cest possible, blinder les câbles quientrent sur la carte, en connectant ce fil de blindage à la masse de la carte ET au boîtiermétallique à lendroit de lentrée dans le boîtier, cest-à-dire dès larrivée sur la connectique.Mais il nest pas toujours possible de blinder le câble dentrée. Dans ce cas, on traitera chaqueconducteur du câble de façon que les courants de fréquences élevées soient bloqués ou biendérivés vers la masse de la carte ET vers le boîtier métallique. Dune façon générale, toutcourant de haute fréquence arrivant par lun des conducteurs du câble doit être soit bloqué,soit dérivé vers le boîtier, par un découplage, par le chemin le plus court possible. Le chemindu courant de mode commun issu de lextérieur est le suivant : Il entre par le câble, il passe àla masse de la carte par le découplage, puis emprunte la connexion de masse de la carte auboîtier, pour passer sur la surface intérieure du boîtier, puis ressort du boîtier par le trou ducâble . En effet, il ne faut pas oublier que le courant ne circule quà la surface du métal, et netraversera 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 possible.- 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 darrivéedu câble).Si le découplage vers la masse de certains conducteurs est impossible, on pourra placer ensérie avec ces conducteurs une impédance grande en HF ( mais on conservera un découplageou un contact pour le conducteur de masse). Le découplage sera souvent constitué duneimpédance série et dune capacité vers la masse.
  23. 23. Bien sur, on ne peut filtrer, bloquer ou découpler les signaux de mode commun que si lessignaux utiles transportés par le conducteur sont de fréquence plus basse ( il sagit dun filtragefréquentiel, voir plus loin). Si les signaux utiles sont dans la même bande que les signaux demode commun, un blindage du câble pourra résoudre le problème.Si lappareil ne possède pas de boîtier métallique, la protection sera plus difficile à obtenir : onregroupera toutes les arrivées de câble dun même côté de la carte, afin que le courant demode commun, qui va dun connecteur à lautre, en passant dans la masse de la carte,emprunte le trajet le plus court possible et ne traverse pas toute la carte. Sil y a un seul câble,le courant de mode commun aura tendance à passer par la capacité entre les conducteurs de lacarte et lenvironnement. En dérivant vers la masse de la carte le courant de mode commun,on réduit ainsi les courants passants par les autres composants. Si lappareil est déjà conçu, unpis-aller consistera à enfiler dans le câble une ferrite de suppression de mode commun.Si la carte de lappareil ne possède pas de plan de masse, la protection sera difficile à obtenir.On devra imposer une seule arrivée de câble, afin de réduire au maximum les courants demode commun à travers la carte.Le filtrage des fréquences [modifier]On sépare le domaine des fréquences « utiles » de celui des fréquences « polluées » ; à lacondition que ce ne soit pas les mêmes, bien entendu, car tous les signaux ne sont pas« filtrables ». On a vu par exemple dans le paragraphe suppression du mode commun que lonpouvait « découpler » par un condensateur certaines connexions. Il sagit généralement desconnexions pour des signaux de fréquences basses ou même pour le continu. Ce« découplage » nest rien dautre quun filtrage passe bas. Le filtrage pourra être mis en œuvrepour le mode symétrique ou pour le mode commun. Hélas, les techniques modernes mettenten œuvre des signaux utiles de plus en plus rapides, et on se heurte souvent au fait que lessignaux utiles et les signaux perturbateurs occupent des bandes de fréquences communes.Le filtrage temporel [modifier]Si le signal pollueur nest pas présent en permanence (et que sa présence peut être prédite avecun préavis suffisant), il suffit de mettre la victime à labri durant les intempéries. Parexemple : 1. o 1. cest le principe du radar monostatique à impulsion : un émetteur (puissant) et un récepteur (sensible) se partagent la même antenne, mais lémetteur ne sen sert que très 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 dhorloge, des millions de bascules commutent simultanément, mettant lalimentation « à genoux » ; néanmoins, les derniers millivolts suffisent pour que, quand « la lumière revient », ces bascules soient dans létat voulu. Puis, la circuiterie de logique combinatoire redevient fonctionnelle pour mitonner les bons états en entrée de bascules, à temps pour le coup
  24. 24. dhorloge suivant. Alors quen cas de multiplicité dhorloges, le risque détats logiques « Mulderiens » serait permanent.Lécrêtage [modifier]De manière général, on parle décrêtage en tension. Quand le signal perturbateur est de grandeamplitude, léquipement victime risque de subir des dommages irréversibles ; lécrêtageconsiste à limiter lamplitude du signal perturbateur de façon à protéger les composantsélectroniques. On trouve à cet effet des composants dits « limiteurs » que lon place enparallèle sur les connexions (en mode commun ou en mode différentiel). On admet en généralque la fonctionnalité de lappareil est interrompue au moment de la perturbation (cela dépendde la criticité des fonctions de léquipement concerné au seins du système dans lequel il estinstallé; un calculateur de bord monté dans un aéronef ne doit en aucun cas présenté lemoindre dysfonctionnement lors dun impact foudre), le composant décrêtage ayant avant toutune fonction de « survie ». En effet, il nest pas possible de discriminer le signal utile et leperturbateur au moment de lécrêtage. Plusieurs types de composants seront utilisés, enfonction des critères suivants:- faible capacité- énergie absorbable très 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 [modifier]Il sagit typiquement de protéger un signal analogique en comptant sur leffet de masquage ( lebruit ne se remarque que quand le signal utile est faible ou absent. Par exemple:1- le squelch des récepteurs radio, qui consiste à couper laudio quand le signal radio est tropfaible pour être utilisable.2- les systèmes Dolby ( dynamic noise limiter Philips) ou similaires, consistent, en gros, en unfiltrage des aigus si le signal est faible.Vérification de la CEM [modifier]Alors, compatibilité ou pas ? Respect des exigences essentielles des directives ou pas ?Respect des normes ou pas ?Il y a en gros deux approches :
  25. 25. la simulation numérique : on crée un modèle du système à valider, ainsi quun modèle de lenvironnement électromagnétique, et on applique un algorithme définissant les couplages, la simulation analogique, encore appelée essais CEM : on place un exemplaire du système à valider dans un environnement électromagnétique de référence, et on réalise des mesures, lensemble étant habituellement défini dans une norme.Quelle que soit lapproche, il faut trouver un optimum entre des exigences contradictoires : 1. la représentativité : o lenvironnement choisi (ou son modèle) sont ils représentatifs de la réalité ? Par exemple, tester jusquà 1 GHz un matériel destiné à « vivre » dans un monde plein de GSM, de bornes WiFi/Airport, voire de radars daide à la conduite de voiture (vers 70 GHz). Ou croire quune onde est obligatoirement plane . o le matériel testé est-il représentatif de la série ? Linstrumentation permet-elle de mesurer les grandeurs qui importent réellement ? e o pire encore, le modèle ne « pinaille »-t-il pas sur des détails du 36 ordre en laissant de côté les grandeurs réellement fondamentales ? Par exemple, dans le cas dune enveloppe mécanique :  prise en compte de lépaisseur du métal, mais pas de la tolérance des fentes entre constituants (état de surface, conduction superficielle…)  capots modélisés « à la masse » alors quils ne le sont que par une liaison filaire inductive, « parce que le code ne sait pas traiter les éléments flottants » (alors, pourquoi sen servir ?)  « oubli » des câbles de liaison (traduire par « antennes ») 2. la reproductibilité (surtout un problème pour les essais, car la simulation numérique lignore purement et simplement) : o deux essais successifs dun même exemplaire donneront-ils le même résultat ? o deux exemplaires successifs donneront-ils le même résultat ? o deux essais dans des laboratoires différents donneront-ils le même résultat ? 3. sans oublier le politiquement correct, notamment en présence de décisionnaires sans compétence technique : o même la plus rationnelle des manipulations ou des simulations risque de ne pas peser lourd face à une norme officielle, aussi défectueuse soit-elle, o la bonne validation, cest celle qui dit que le matériel est « bon » (malgré le risque judiciaire, le message des directives européennes sur les exigences essentielles a du mal à passer ; la légende de lirresponsabilité par le respect des normes a la vie dure…)Techniques de mesure [modifier]On distingue deux familles de techniques : 1. les techniques dites démission ; 2. les techniques dites de susceptibilité ou dimmunitéTechniques traitant des émissions [modifier]Tout équipement électrique ou électronique, en dehors de son fonctionnement de base,fabrique à notre insu des courants alternatifs ou d’impulsion dont le spectre en fréquence peut
  26. 26. être très étendu (de quelques Hz à plusieurs GHz). Ces courants circulent dans les différentscâbles ou circuits imprimés de lappareil et donc quand ces conducteurs sont, de par leurlongueur, 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 manièrerayonnée (phénomènes HF) avec lappareil sous test en mode de fonctionnement le plusperturbateur. Dans le cadre des émissions conduites, lappareil sous test est en général placé dans une cage de Faraday pour sisoler de lenvironnement extérieur. Lappareil sous test est alors connecté à un réseau de stabilisation dimpédance. Celui-ci a plusieurs fonctions : supprimer la composante dénergie, standardiser limpédance dune ligne pour améliorer la reproductibilité de lessai, et relier le récepteur de mesure ou lanalyseur de spectre pour permettre la mesure. Dans le cadre des émissions rayonnées, lappareil sous test est communément placé sur le plateau tournant de soit sur un site de mesure en espace libre, soit dans une cage de Faraday semi anéchoïque (dautres systèmes existent comme la cage anechoïque ou la chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM), mais leur utilisation dans le cadre des émissions est encore soumis à discussion). La mesure est réalisée avec laide dantennes relié à un récepteur à laide de cordons. Il est dusage que lensemble de cette chaîne de mesure soit étalonné. Le protocole de test pour le marquage CE ou FCC prévoit une recherche de la position la plus défavorable de lappareil sous test.En modifiant la conception de lappareil, on peut réduire considérablement le niveau émis.Toutefois, une mauvaise conception dun point de vue CEM peut nécessiter des modificationsprofondes, y compris en termes de routage. Il est essentiel que la problématique CEM soit prisen compte dès le début du projet de conception.Les niveaux acceptables sont en général normalisés. Ainsi, les équipements électriquesdavions civils sont traités par la norme RTCA/DO160E (dernière version), les équipementsgrand public européens sont traités par les normes européennes (copies quasi-conformes despublications CISPR et CEI) et font lobjet du marquage « CE ».Techniques traitant des susceptibilités [modifier]Terminologie: On appelle niveau de susceptibilité dun appareil le niveau de perturbationauquel lappareil présente un dysfonctionnement. On appelle niveau dimmunité le niveauauquel lappareil a été soumis lors des essais et pour lequel il doit fonctionner normalement. essais dimmunité aux champs électromagnétiques rayonnés :Les autres équipements électroniques et les émetteurs intentionnels produisent des champsélectromagnétiques. Léquipement sous test doit fonctionner normalement lorsquil est soumisà ces champs électromagnétiques.Lappareil sous test configuré dans son mode de fonctionnement le plus susceptible est placédans une chambre anéchoïque (ou dans une chambre réverbérante à brassage de modes(CRBM)). Dans cette cage est placée une antenne émettrice, relié à un amplificateur de
  27. 27. puissance, lui-même alimenté par un générateur de signal radiofréquence. Lensemble duspectre requis est alors balayé en fréquence avec le niveau de champs et la modulation requis.Lécrasante majorité des appareils électroniques mis actuellement sur le marché grand publiceuropéen a un niveau dimmunité aux champs électromagnétiques rayonnés de 3 V/m pour lesfréquences de 80 MHz à 2,7 GHz.Le niveau dimmunité de 10 V/m est requis pour les appareils destinés à être utilisés enenvironnement industriel, et les appareils électro-médicaux de maintien de la vie (dont undysfonctionnement peut tuer immédiatement). essais dimmunité aux perturbations conduites :Plusieurs phénomènes sont testés : o immunité aux perturbations fréquences radioélectrique induite : complément de lessai dimmunité aux champ électromagnétique, mais dans une bande de fréquence plus basse (150 kHz - 80 MHz) o immunité aux transitoires électriques rapides en salves : immunité aux perturbations rapides provoqués par la commutation de petit relais, thermostats... o immunité aux ondes de foudre o immunité aux creux de tension o immunité aux transitoires véhicules : immunité aux variations de tension provoquées par les appels de courant des systèmes du véhicule.En général, le protocole de test consiste à connecté à un générateur de perturbation dédié, viaun réseau de couplage/découplage, à léquipement sous test. essais dimmunité aux décharges électrostatiques essais dimmunité aux champs magnétiquesimpulsionnels ou à la fréquence du réseau dalimentation. généralités :Certains appareils utilisés en environnement très pollué ont un niveau dimmunité beaucoupplus élevé, par exemple ceux utilisés sous le capot des automobiles.Pour chaque type dessai, il est défini si léquipement ne doit pas ou peut avoir unedégradation temporaire de fonction, avec ou sans intervention de lutilisateur pour larécupération de la fonction. Lorsquon observe un dysfonctionnement de lappareil en test, ondit alors quil est susceptible.Il existe des techniques pour modifier la conception de lappareil afin quil soit conforme à lanorme.
  28. 28. Comme vous pouvez limaginer, la cohabitation de nombreux appareils dans un avion ou dansune automobile, implique que tous ces équipements ne soient pas intégrés au véhicule sansque des tests sévères soient réalisés.La CEM va déterminer : les écarts entre câbles, les composition des câbles, les filtres àinstaller sur les équipements, la structure mécanique entourant léquipement...Les essais prévus par les normes permettent de vérifier que le niveau dimmunité est respectémais si le test est conforme (pas de dysfonctionnement), ils ne permettent pas de connaître leniveau de susceptibilité de lappareil.Réglementation [modifier]matériels industriel ou grand public [modifier]Tous les produits comportant de lélectronique sont concernés par les obligations desdirectives en matière de CEM, les matériels mis sur le marché (peu importe quils soientvendus, donnés, prêtés…) doivent recevoir un marquage CE, attestant la conformité auxexigences découlant de toutes les directives européennes applicables. Les installations fixes,non soumises au marquage CE, doivent néanmoins apporter les mêmes garanties que celle quiy sont soumises.Donc, dans le cas des appareils électroniques, de la directive CEM. Les seules exceptionssont : les réalisations des radioamateurs, pour leur propre usage,En outre, il existe dautres marquages : le sigle VDE allemand, bien quofficiellement obsolète (remplacé par le marquage CE), conserve un certain prestige sur son marché, lindustrie automobile a développé son propre marquage le marquage américain FCC fait lobjet dune reconnaissance réciproque (il est équivalent du CE, pour les questions démissions CEM du moins).matériels aérospatial ou militaire [modifier]Les matériels montés sur avions font lobjet de certifications reconnues au niveau mondial(FAR/JAR), ainsi que dexigences particulières des avionneurs, vérifiées sous le contrôle deces derniers (après tout, ce sont eux qui auront leur nom dans les journaux en cas dennuis).La certification se substitue au marquage CE. Par contre, le matériel aéronautique restant ausol est marqué CE comme le matériel industriel « ordinaire » quil est.Exigences particulières aussi pour les engins spatiaux et le matériel militaire. Si le statut despremiers est clair (le pouvoir de la commission de Bruxelles est soumis à la pesanteur…),lexemption des seconds (dans la plupart des pays dEurope) vient dune des clauses du traitéde Rome, autorisant un gouvernement à ne pas appliquer une décision communautaire aumatériel militaire. En France, cette décision, portant sur la seule directive CEM « ancien
  29. 29. modèle » (obsolète en 2007) est matérialisée par une circulaire interministérielle, qui na,semble-t-il, jamais été notifiée à la commission de Bruxelles.

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