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Introduction à la compatibilité
électromagnétique (CEM)
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
1
Coût de la CEM
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
2
• 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
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INTRODUCTION A LA CEM
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et sans produire lui-même des
perturbations
électromagnétiques
intolérables pour tout ce qui se
trouve dans cet
environnement.
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INTRODUCTION A LA CEM
4
Une bonne compatibilité
électromagnétique décrit un état
de « bon voisinage
électromagnétique » :
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INTRODUCTION A LA CEM
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• ne pas « trop » déranger les voisins
• supporter un niveau « raisonnable » de
bruit de leur part, ou plus généralement de
l'environnement.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Directive CEM
DIRECTIVE 2004/108/CE DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL
du 15 décembre 2004
relative au rapprochement des législations des États membres
concernant la compatibilité électromagnétique
et abrogeant la directive 89/336/CEE
(Texte présentant de l'intérêt pour l'EEE)
LE PARLEMENT EUROPÉEN ET LE CONSEIL DE L'UNION
EUROPÉENNE,
vu le traité instituant la Communauté européenne, et notamment
son article 95,
vu la proposition de la Commission,
vu l'avis du Comité économique et social européen (1),
statuant conformément à la procédure visée à l'article 251 du
traité (2),
considérant ce qui suit:
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INTRODUCTION A LA CEM
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Entrée en vigueur
20 juillet 2009
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INTRODUCTION A LA CEM
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Les bruits électromagnétiques et
radioélectriques sont le résultat de tous les
courants électriques induisant une
multitude de champs et signaux parasites.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Définitions
• Perturbation électromagnétique :
Phénomène électromagnétique
susceptible de créer des troubles de
fonctionnement d'un dispositif, d'un
appareil, ou d'un système ou d'affecter
défavorablement la matière vivante ou
inerte.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Définitions
• Une perturbation électromagnétique peut
être un bruit, un signal non désiré ou une
modification du milieu de propagation luimême.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Définitions
Pollution électromagnétique: La plupart
des équipements électriques et
électroniques génèrent des champs
électromagnétiques perceptibles dans leur
environnement; l'ensemble de ces champs
crée une véritable pollution qui perturbe
parfois le fonctionnement d'autres
équipements.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Ainsi, il est interdit d'utiliser un téléphone
portable dans un avion parce qu'il émet un
champ électromagnétique auxquels les
systèmes radioélectriques d'aide au
pilotage (navigation, décollage /
atterrissage) risquent d'être sensibles.
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INTRODUCTION A LA CEM
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La compatibilité électromagnétique, par
extension (ou abus de langage), désigne
en outre :
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INTRODUCTION A LA CEM
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• les techniques permettant d'obtenir la
compatibilité électronique d'un appareil ou
d'une installation avec son environnement
(règles de conception et de fabrication) ;
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Mauvaise gestion de la CEM
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• les techniques permettant de vérifier la
réalité de cette compatibilité (simulation
numérique, ou via des essais, normalisés
ou non).
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Bonne gestion de la CEM
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Essais normalisés
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Vérifications
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INTRODUCTION A LA CEM
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Émission
•
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,
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Susceptibilité
•
La susceptibilité désigne un
comportement d'un 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 l'immunité.
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INTRODUCTION A LA CEM
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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 :
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INTRODUCTION A LA CEM
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• une « source » (d'un signal parasite)
• une « victime » (vulnérable au signal
parasite) ;
• et un couplage entre les deux.
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La configuration du modèle « source /
couplage / victime » dépend de l'échelle à
laquelle on le regarde :
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INTRODUCTION A LA CEM
27
•
une source peut être décomposée en une
autre source et un couplage : par exemple,
l'émission radio d'un micro-processeur 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 d'antenne pour
transformer les transitoires de courant
temporels dans chaque cellule individuelle
en un champ électromagnétique décrit par
un « brouillard coloré » fréquentiel,
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INTRODUCTION A LA CEM
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•
une victime peut aussi subir ce type de
décomposition, mais son critère de
susceptibilité varie également selon qu'on
« regarde » le composant ou le système :
par exemple, pour un même réseau
Ethernet, on pourra se focaliser
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INTRODUCTION A LA CEM
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• 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 ré-émission de
trames perturbées (TCP/IP),
• sur l'intelligibilité des signaux analogiques
reconstitués malgré les trames perturbées (VoIP),
etc., etc.
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INTRODUCTION A LA CEM
30
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 totalement démuni… (il est
rare de voir un radio-télescope installé dans
une zone où les orages sont fréquents).
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INTRODUCTION A LA CEM
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Les sources
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INTRODUCTION A LA CEM
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Décharges électrostatiques
(d'origine humaine)
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INTRODUCTION A LA CEM
33
• le corps d'un être humain (utilisateur,
dépanneur, fabriquant, peu importe) est
chargé par effet tribo-électrique,
• les charges accumulées se déchargent
brutalement, quand une opportunité se
présente : c'est la décharge
électrostatique (ou DES, ou ESD en
anglais).
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INTRODUCTION A LA CEM
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Non seulement c'est très 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 possibles pour un matériel
électronique « victime » sont :
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INTRODUCTION A LA CEM
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• la destruction d'un 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
d'immunisation d'un matériel (par exemple, une
enveloppe conductrice) pourront conduire ses
utilisateurs à craindre ou refuser de s'en servir,
pour éviter des chocs électriques.
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Le phénomène « décharge électrostatique
d'origine humaine » est modélisé, dans la
normalisation, par :
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INTRODUCTION A LA CEM
38
•
un générateur d'impulsion, modèle électrique du
corps humain, constitué d'un 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
l'impulsion, est complété par des
caractéristiques temporelles (majorant du temps
de montée, nombre et taux de répétition des
impulsions, etc.)
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INTRODUCTION A LA CEM
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•
un modèle géométrique d'un doigt humain,
servant d'électrode de sortie au
générateur, accompagné d'un scénario de
couplage (contact direct, couplage inductif
représentant un contact sur un objet
proche, etc.
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INTRODUCTION A LA CEM
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•
un niveau de sévérité, pouvant être la
tension de charge initiale du
condensateur, ou la valeur crête de
l'impulsion (le générateur étant connecté
sur une charge résistive de référence),
variable selon le degré de précautions
contre les décharges électrostatiques qu'il
est raisonnable d'attendre des humains
qui se trouvent à proximité.
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INTRODUCTION A LA CEM
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La foudre
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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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 et de particules de glace, le
tout brassé par des courants violents.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Après une semaine 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.
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INTRODUCTION A LA CEM
45
Pour compléter le tableau, les poches
situées dans la couche la plus basse
créent, sur le terrain (conducteur) survolé,
des zones chargées par influence, de
signe opposé.
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INTRODUCTION A LA CEM
46
Quand le champ électrique est
suffisamment élevé, une ou plusieurs
poches (+ le sol) se déchargent
mutuellement. Cela peut se produire
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INTRODUCTION A LA CEM
47
• soit parce que, de manière aléatoire, le
rayon de courbure local d'une poche de
charge est assez réduit pour atteindre le
champ d'ionisation de l'air à l'altitude
considérée, ce qui déclenche, de proche
en proche, une sorte de « réaction en
chaîne »,
• soit parce qu'un conducteur (avion, fusée,
qu'il s'agisse d'Ariane ou d'une fusée
« anti-foudre ») se promène dans le coin,
avec pour effet :
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INTRODUCTION A LA CEM
48
• 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).
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INTRODUCTION A LA CEM
49
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 »).
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INTRODUCTION A LA CEM
50
Autres décharges
électrostatiques
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INTRODUCTION A LA CEM
51
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.
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INTRODUCTION A LA CEM
52
Ainsi, un objet qui se déplace dans l'air
peut récupérer ces charges, ce qui va faire
monter son potentiel électrostatique par
rapport à son environnement. Même un
objet immobile mais isolé pourra récupérer
des charges, si l'air se déplace. Pour
toutes ces raisons, il arrive souvent qu'un
objet demeuré isolé pourra générer une
décharge électrostatique avec son
environnement immédiat (isolateurs...).
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
53
• 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 systèmes de
télécommunications ne sont jamais
parfaitement isolées en continu, et que les
tests CEM sont également appliqués aux
antennes des terminaux radio.
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INTRODUCTION A LA CEM
54
Quelques autres sources
naturelles
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INTRODUCTION A LA CEM
55
Émetteurs :
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
56
•
•
•
•
•
Radiodiffusion
Télévision
Télécommunications
Radars
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
57
• 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 par rapport aux
directives CEM, en particulier pour le niveau
maximal d'émission, afin de remplir leurs
fonctions, ils doivent apporter les mêmes
garanties que les autres appareils en matière de
compatibilité électromagnétique.
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INTRODUCTION A LA CEM
58
• On ne peut présumer le respect de la
compatibilité électromagnétique en matière de
champs électromagnétiques rayonnés par un
essai d'immunité à 3 V/m, si l'environnement
d'utilisation est supérieur à cette valeur. La
compatibilité électromagnétique n'apporte pas
une garantie totale d'immunité : Dans des cas
très particuliers, comme la proximité immédiate
d'émetteurs de radio fréquences,
l'environnement où va être utilisé l'appareil peut
présenter des champs supérieurs à ceux que
préconisent les normes.
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INTRODUCTION A LA CEM
59
Transitoires dans les réseaux
d'énergie (dus à l'exploitation du
réseau)
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INTRODUCTION A LA CEM
60
• Appareillage
• Disjoncteurs
• Lignes à haute tension
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61
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INTRODUCTION A LA CEM
62
Effets indirects de la foudre
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INTRODUCTION A LA CEM
63
• Quand la foudre tombe quelque part (ou
qu'un éclair survient au sein d'un nuage),
le courant produit un important champ
magnétique impulsionnel, qui vient se
coupler avec tous les conducteurs
environnants (tous les conducteurs, pas
seulement ceux que l'on a mis là dans le
but d'y transmettre de l'électricité, y
compris donc les réseaux de terres,
masses métalliques...).
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INTRODUCTION A LA CEM
64
Commutations « courants
forts »
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INTRODUCTION A LA CEM
65
L'archétype de ce genre de source est
l'omniprésente « alimentation à
découpage ».
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INTRODUCTION A LA CEM
66
Commutations « courants
faibles »
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INTRODUCTION A LA CEM
67
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.
Bien que de niveaux assez faibles, ces
rayonnements peuvent en particulier
perturber les récepteurs radios placés à
proximité.
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
68
Il suffit, pour s'en convaincre, de placer un
récepteur radio à proximité d'un
ordinateur... Les concepteurs de ces
systèmes 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.
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INTRODUCTION A LA CEM
69
IEMN, guerre électronique,
armes hyperfréquences
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
70
• l'impulsion électromagnétique d'origine
nucléaire (IEMN), pas forcément 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.
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
71
Les victimes
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
72
Effets biologiques
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
73
Effets thermiques
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
74
L'avènement de la génération GSM a
conduit à une démarche beaucoup plus
sophistiquée, prenant de mieux en mieux
en compte :
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INTRODUCTION A LA CEM
75
• le fait qu'au voisinage d'un téléphone portable
(par exemple, dans le cerveau), le champ n'a
rien d'une onde plane (d'autant que le corps de
l'utilisateur 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 crane, des
méninges et de la matière cérébrales
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
76
• la capacité d'évacuation thermique de la
circulation sanguine, etc.
• 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.
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
77
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
78
Effets « athermiques » ou « nonthermiques » ou « spécifiques »
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
79
• en thermique, la puissance moyenne et la
fréquence suffisent à caractériser le
champ
• 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 qu'eux).
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
80
Effets électriques
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
81
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. Là
encore, on s'en tient au risque thermique
(brulures superficielles)
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
82
Effets CEM
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
83
• La normalisation actuelle suppose
l'humain de référence
• en bonne santé
• nu, ou du moins aux vêtements 100%
diélectriques.
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
84
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 d'appareils électroniques
externes ou internes, que ce soit en milieu
hospitalier ou dans la rue (ou au travail).
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
85
Redressement parasite
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
86
• Un signal HF (du point due vue du circuit qui le
reçoit) peut-être démodulé.
• S'il 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 : c'est de là que viennent toutes
les histoires de sonorisations d'églises recevant
la CB des camionneurs de passage.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
87
• Il y aura démodulation d'amplitude si le
circuit est "non linéaire". Tout circuit
électronique contenant des
semiconducteurs 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 donc faire
l'objet d'une attention particulière.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
88
• Si le signal HF n'est pas modulé, on n'est
pas tiré d'affaire pour autant, car la
composante continue démodulée peut
modifier le point de polarisation des
composants, entrainant blocages ou
saturations
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
89
« Plantages »
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
90
• Tout signal à fort facteur de forme (par
exemple un signal impulsionnel), 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
91
Métastabilité
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
92
• 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 nonlinéaire. 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
93
Verrouillage (alias Latch Up)
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
94
• « Loi de Moore » aidant, ce phénomène, mis en
évidence avec les premiers circuits logiques
CMOS, présente maintenant un risque potentiel
pour toutes les 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 constituer un
thyristor. Il suffit qu'un phénomène impulsionnel
(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 :
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
95
• soit le gain est un peu « juste » (compte
tenu du courant de court-circuit) et le
thyristor s'auto-désamorce : cela
ressemble à la métastabilité,
• soit on reste dans cet état jusqu'à coupure
du courant,
• soit on « grille un fusible », quelque part
dans la métallisation.
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
96
Obtention de la CEM
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
97
Pour obtenir ou améliorer la compatibilité,
on peut jouer sur les 3 termes de la triade
« source/couplage/victime » :
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
98
Diminuer le niveau d'émission
des sources
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
99
Par exemple, dans le domaine de la
conversion d'énergie :
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
100
– un convertisseur à résonance sera, s'il est
bien conçu et bien implanté, beaucoup 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
101
Diminuer de niveau de
vulnérabilité des victimes
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
102
Par exemple
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
103
– 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 beaucoup
diminué la capacité de nuisance des
parasiteurs à bande étroite.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
104
•
•
Mais si, comme c'est trop souvent le cas,
toutes les erreurs de conception sont
déjà figées avant de s'inquiéter de CEM,
on ne peut plus agir que sur les
couplages.
Cela consistera souvent à traiter
l'environnement des cartes électroniques
de l'appareil en cause, qu'il soit victime
ou pollueur. Il existe 6 méthodes
permettant de séparer des victimes de
leurs « bourreaux » :
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
105
Le blindage
• On divise l'espace en domaines
électromagnétiques séparés, certains
« propres » et d'autres « sales » (l'enfer,
c'est les autres), sans aucune
communication entre eux. En pratique,
une carte électronique sera placée dans
un boitier métallique qui la protègera des
rayonnements extérieurs . Pour plus de
précision, Voir Blindage
électromagnétique.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
106
• Un blindage est très efficace en théorie,
dès que les fréquences mises en causes
dépassent le MHz. En pratique, il en est
tout autrement, car une carte électronique
est généralement en relation avec
l'extérieur par des câbles électriques, ne
serait-ce que l'alimentation. On constate
alors 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
107
La suppression des signaux en
mode commun
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
108
• 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 donc les
mêmes buts qu'un blindage, et souvent rend ce
dernier efficace. En effet, il ne sert à rien de
blinder un appareil, si les perturbations passent
par les connexions qui entrent dans le blindage.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
109
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
possible, 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
boitier, c'est-à-dire dès l'arrivée sur la
connectique.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
110
Mais il n'est pas toujours possible 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
boitier 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 possible.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
111
•
•
•
•
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 boitier 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 souvent
constitué d'une impédance série et d'une capacité vers
la masse.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
112
• 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 difficile à obtenir : on regroupera
toutes les arrivées de câble d'un même côté de la carte,
afin 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 possible et ne
traverse pas toute la carte.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
113
• 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 difficile à
obtenir. On devra imposer une seule
arrivée de câble, afin de réduire au
maximum les courants de mode commun
à travers la carte.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
114
Le filtrage fréquentiel
On sépare le domaine des fréquences « utiles » de
celui des fréquences « polluées » ; à la condition
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 l'on pouvait "découpler"
par un condensateur certaines connexions. Il
s'agit généralement des connexions pour des
signaux de fréquences basses ou même pour le
continu.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
115
• 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 souvent au fait que les
signaux utiles et les signaux perturbateurs
occupent des bandes de fréquences
communes.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
116
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 :
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
117
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 très
peu (au plan technologique, le récepteur est
protégé par écrêteur, mais la logique « système »
est bien celle du filtrage temporel),
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
118
dans un automate séquentiel synchrone (par
exemple, un micro-processeurs), à chaque coup
d'horloge, des millions de bascules commutent
simultanément, mettant l'alimentation « à
genoux » ; néanmoins, les derniers millivolts
suffisent pour que, quand « 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. Alors qu'en cas de multiplicité
d'horloges, le risque d'états logiques
« Mulderiens » serait permanent.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
119
L'écrêtage
Quand 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 façon à protéger les composants
électroniques. on trouve à cet effet des composants dits
"limiteurs" que l'on place en parallèle sur les connexions.
On admet en général que la fonctionnalité de l'appareil
est interrompue au moment de la perturbation, le
composant d'écrêtage ayant avant tout une fonction de
"survie".En effet, il n'est pas possible de discriminer le
signal utile et le perturbateur au moment de l'écrêtage.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
120
•
•
•
•
Plusieurs types de composants seront
utilisés, en fonction des critères suivants:
- faible capacité
- énergie absorbable très élevée
- temps de réponse court
- réarmement automatique etc...
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
121
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 quand le signal
utile est faible ou absent. Par exemple:
• 1- le squelch des récepteurs radio, qui consiste
à couper l'audio quand le signal radio est trop
faible pour être utilisable.
• 2- les systèmes Dolby ( dynamic noise limiter
Philips) ou similaires, consistent, en gros, en un
filtrage des aigus si le signal est faible.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
122
Les couplages
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
123
• Afin de caractériser le comportement
d'un appareil indépendamment des
autres, les couplages sont nécessairement
décomposés en deux sous couplage :
source/environnement et environnement/
victime, c'est pour cela que les normes font
appels à différents type d'environnements:
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
124
Résidentiel et commercial léger ou
industriel dans la plupart des cas.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
125
Classifications des perturbations
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
126
Classification par conduction et
rayonnement
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
127
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
128
Catégories
On classe les couplages en deux catégories :
• couplage par rayonnement : champ électrique,
champ magnétique, champ électromagnétique ;
• couplage par conduction : transmission du
signal par un conducteur (n'importe quel
conducteur, et pas nécessairement un morceau
de fil destiné à conduire de courant électrique : un
tuyau de climatisation fait parfaitement l'affaire).
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
129
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 ».
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
130
• Par ailleurs, pour les couplages par rayonnement,
les normes font aussi la distinction entre champs
proches et champs lointains: Une source de
perturbations électromagnétiques génère au
départ souvent 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 = 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 que l'on s'éloigne un peu de la source.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
131
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 tests à l'onde
plane aux fréquences les plus élevées,
puisque dans le cas des fréquences
élevées, on aura toujours en pratique une
onde "plane"
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
132
Classification par fréquence
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
133
2 types de perturbations:
• BF :basses fréquences
• HF :hautes fréquences
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
134
Les sources
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
135
Décharges électrostatiques
(d'origine humaine)
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
136
• Il s'agit d'une « source » parasite naturelle, probablement
la plus répandue. Le mécanisme est le suivant :
• le corps d'un être humain (utilisateur, dépanneur,
fabriquant, peu importe) est chargé par effet triboélectrique,
• les charges accumulées se déchargent brutalement,
quand une opportunité se présente : c'est la décharge
électrostatique (ou DES, ou ESD en anglais).
• Non seulement c'est très 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 possibles pour un
matériel électronique « victime » sont :
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
137
• la destruction d'un 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
d'immunisation d'un matériel (par exemple, une
enveloppe conductrice) pourront conduire ses
utilisateurs à craindre ou refuser de s'en servir,
pour éviter des chocs électriques.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
138
Classification par type de
couplage
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
139
• On appelle couplage le processus par
lequel l'énergie du perturbateur atteint la
victime. Chaque fois que l'on parle de
courant, de tension ou de champ, on
n'oubliera pas qu'il s'agit de grandeurs
électriques variables dans le temps.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
140
le couplage par impédance
commune
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
141
Le circuit électrique du perturbateur possède
dans ce cas une impédance commune avec le
circuit électrique de la victime. Aux bornes de
cette impédance commune se trouve une
tension générée par le courant passant dans le
circuit perturbateur. Comme cette impédance est
également présente dans le circuit de la victime,
cette victime subit cette tension parasite.
Exemple : deux appareils sont branchés sur le
réseau 230V : 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
142
le couplage capacitif
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
143
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
144
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
145
Le couplage inductif
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
146
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
147
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
148
Le couplage par champ
électrique
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
149
Ce couplage est aussi appelé 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
150
Exemple
le champ électrique impulsionnel issu
d'une bougie d'allumage de moteur atteint
l'antenne d'un récepteur auto-radio.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
151
Le couplage par champ
magnétique
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
152
Ce couplage est aussi appelé couplage champ à
boucle. C'est un champ magnétique, issu d'un
perturbateur, qui traverse un circuit victime, et
induit donc 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
153
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 donc
importante du fait de la variation importante de
l'intensité du courant, mais aussi de la rapidité
de la montée de ce courant.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
154
Le couplage par champ
électromagnétique
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
155
Souvent, un perturbateur émet à la fois des
champs électriques ( dus aux tensions ) et des
champs magnétiques ( dus aux courants) ; C'est
l'ensemble 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)
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
156
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 donc 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
157
Classification par mode de
propagation
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
158
On entend parler très souvent 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, notamment le mode commun,
mérite qu'on les définisse avec précision.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
159
Propagation en mode
différentiel
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
160
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. Par exemple, la tension
d'alimentation du secteur est appliquée en
mode différentiel.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
161
Ou bien encore la tension présente sur
une paire de fils téléphoniques. Si on
considère le câble constitué par
l'ensemble des deux conducteurs, la
somme algébrique des courants dans ce
câble est nulle, puisqu'il y a un courant
"aller" dans le premier conducteur, et un
courant "retour" de même intensité, mais
opposé, dans le second conducteur.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
162
Pour éviter les problèmes de CEM, il suffit
que les deux conducteurs soient
suffisamment proches.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
163
Propagation en mode commun
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
164
La propagation d'une perturbation en
mode commun est considérée par la
plupart des ingénieurs en CEM comme le
principal problème de la CEM ! ... ce qui
justifie qu'on s'y attarde un peu.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
165
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 l'ensemble des conducteurs de ce
câble.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
166
• 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 tous les
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 en principe, un courant
parcourt un circuit fermé...
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
167
Puisque ce courant est "entré" dans
l'appareil, il va nécessairement 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
168
Ce courant, via ces trois chemins
possibles va finir par retourner "à la terre".
Il va alors circuler dans la terre, et va
revenir pour boucler le circuit, en principe
jusqu'à l'autre extrémité du câble
considéré. L'extrémité du câble sera
l'appareil d'où provenait le câble, par
exemple son alimentation, etc... Le circuit
est ainsi bouclé.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
169
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
170
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
171
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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
172
Nous avons considéré jusqu'à maintenant
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 très grand, il va jouer le rôle
d'une antenne, et créer des perturbations
très loin. L'appareil sera un perturbateur
important.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
173
• Pour réduire 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.
Par 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.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
174
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
l'ensemble 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 uniquement à la surface extérieure du
blindage, est ainsi dérivé vers la masse, et ne
traverse plus la carte électronique.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
175
Nous avons considéré jusqu'à maintenant que le
retour du courant de mode commun se faisait
par la "terre". Dans les systèmes complexes, on
trouve souvent un plan de masse commun aux
différents appareils ( bancs de mesures de
laboratoires, véhicules, etc.. ) C'est évidemment
alors ce plan qui tient lieu de "terre" . On peut
dans ce cas réduire les perturbations de mode
commun en maintenant les câbles d'entrée le
plus près possible du plan de masse du
système, afin de réduire la surface de la boucle
de mode commun.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
176
Nous avons traité le problème du mode
commun en considérant les courants.
Dans la littérature technique, on considère
parfois non pas les courants, mais les
tensions de mode commun. Ces tensions
sont présentes entre les conducteurs du
câble, et la "terre". C'est évidemment un
point de vue dual.
05/17/2010
ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
177
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:
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
178
Comme cette boucle est souvent 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.
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INTRODUCTION A LA CEM
179
La protection en mode commun de la
victime consistera toujours à empêcher
ces courants d'entrer sur la carte
électronique. Si l'appareil est considéré
comme perturbateur, on évitera que les
courants internes ne sortent de la carte.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Bu r e a u Ve r i t a s LCIE • www. l c i e . f r
Face aux changements importants apportés par la nouvelle
directive 2004/108/CE relative à la compatibilité
électromagnétique (CEM) et face aux récentes évolutions
normatives en CEM, les fabricants et leurs représentants
doivent
être prêts pour leurs produits qui devront satisfaire
à ces nouvelles exigences réglementaires et normatives.
CEM : Importants changements en 2009 !
Nouvelle directive CEM (2004/108/CE) :
Evolutions normatives
Préparez votre mise en conformité
La Nouvelle Directive CEM 2004/108/CE : bientôt obligatoire !
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INTRODUCTION A LA CEM
181
•
•
•
•
•
•
•
•
La « nouvelle » directive relative à la compatibilité électromagnétique
(CEM), directive 2004/108/CE est entrée en vigueur depuis le 20 Juillet
2007 et remplacera définitivement la directive CEM 89/336/CEE le 20 Juillet
2009.
A compter du 20 Juillet 2009, les fabricants et leurs représentants devront
se conformer aux prescriptions de la nouvelle directive CEM 2004/108/CE
dont les principaux changements sont :
Exigences essentielles pour les installations fixes
Procédure d’évaluation de la conformité des équipements aux exigences
essentielles simplifiée (consultation volontaire des Organismes Notifiés)
Responsabilité accrue des fabricants et mandataires (documentation
technique détaillée obligatoire)
Surveillance du marché améliorée.
La Nouvelles liste de Normes Harmonisées en CEM
Le Journal Officiel de l’Union Européenne (JOUE) a publié le 4 Novembre
2008 une nouvelle liste des normes
harmonisées au titre de la directive 2004/108/CE qui remplace la liste
précédente publiée en Septembre 2007.
Les principales modifications par rapport à la liste de Septembre 2007 sont
les suivantes :
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INTRODUCTION A LA CEM
182
Normes CENELEC
· Evolutions de normes
· Ajout de nouvelles normes :
EN 60947-5-9 (2007) : Appareillage à basse tension
(Appareils et éléments de commutation pour circuit
de commande – Détecteurs de débit
EN 61557-12 (2008) : Sécurité &lectrique dans les
réseaux de distribution basse tension de 1000V c.a. et
1500V c.c. – Dispositifs de mesure et de surveillance
des performances (PMD)
EN62026-1 (2007): Appareil à basse tension- Interfaces
appareil de commande-appareil (CDI)
EN 62135-2 (2008): Matériels de soudage par résistance
EN62310-2 (2007): Systèmes de transfert statique (STS)
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INTRODUCTION A LA CEM
183
Normes ETSI
Suppression de la norme : EN300386-2
V1.1.3
La norme CISPR 22 ed 5.2 (03-2006)
définit les limites et méthodes de mesure
pour les Appareils de Traitement de
l’Information (ATI).
La dernière version CENELEC applicable
est la norme européenne EN 55022
(2006) et son amendement A1(2007).
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INTRODUCTION A LA CEM
184
Normes applicables au titre de la protection
des personnes face aux champs
électromagnétiques
L’exposition du public et des travailleurs aux
champs électromagnétiques est au centre des
préoccupations actuelles dans le domaine de la
santé. Afin d’évaluer ce danger potentiel sur le
corps humain, des réglementations
européennes existent :
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INTRODUCTION A LA CEM
185
La recommandation européenne 1999/519/CE relative à la limitation
de l’exposition du public aux champs électromagnétiques (de 0Hz
à 300GHz)
définit les paramètres à évaluer suivants :
- les restrictions de base
- les niveaux de référence
- les courants de contact et courants induits dans les membres
Une directive travailleurs 2004/40/CE fixe les obligations des
employeurs quant à l’évaluation des niveaux de champs et des
risques, les informations et le suivi du personnel, ainsi que les
précautions à prendre.
Son application prévue en 2008 est reportée en 2012.
http://ec.europa.eu/enterprise/n
ewapproach/legislation/guide/document/1999_1282_en.pdf
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
187
Le decibel (dB)
Le dB est utilisé pour les limites (FCC, CISPR, etc.)
Le dB est une manière pratique d’exprimer de grands et de
vraiment petits nombres.
Il porte
mon nom!
Bel = LOG10(P2/P1)
dB = 10LOG10(P2/P1)
Tension et courant:
dB (U ou I) = 20LOG10(U2/U1)
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INTRODUCTION A LA CEM
188
Les normes génériques
EN 61000-6-1: Compatibilité électromagnétique (CEM), norme générique d'immunité,
Partie 6-1: Immunité pour les environnements résidentiels, commerciaux et de l'industrie légère,
EN 61000-6-2: Compatibilité électromagnétique (CEM), norme générique d'immunité,
Partie 6-2: Immunité pour les environnements Industriels,
EN 61000-6-3: Compatibilité électromagnétique (CEM), norme générique d'émission,
Partie 6-3: Emission pour les environnements résidentiels, commerciaux et de l'industrie légère,
EN 61000-6-4: Compatibilité électromagnétique (CEM), norme générique d'émission,
Partie 6-4: Emission pour les environnements industriels.
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INTRODUCTION A LA CEM
189
Normes famille de produits
Systèmes d'alarme
• EN 50130-4: Systèmes d'alarme - Partie 4: Compatibilité
électromagnétique - Norme famille de produit: Prescriptions relatives
à l'immunité des composants de systèmes de détection d'incendie,
d'intrusion et d'alarme sociale.
• EN 55014-1/CISPR 14-1: Compatibilité électromagnétique Exigences pour les appareils électrodomestiques, outillages
électriques et appareils analogues - Partie 1: Emission.
• EN 55014-2/CISPR 14-2: Compatibilité électromagnétique Exigences pour les appareils électrodomestiques, outillages
électriques et appareils analogues - Partie 2: Immunité.
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INTRODUCTION A LA CEM
190
Normes famille de produits
Applications ferroviaires
• EN 50155: Applications ferroviaires - Equipements électroniques
utilisés sur le matériel roulant
• EN 50121-3-2: Applications ferroviaires - Compatibilité
électromagnétique - Partie 3-2: Matériel roulant - Appareil
• En 50121-4: Applications ferroviaires - Compatibilité
électromagnétique - Partie 4: Emission et immunité des appareils
de signalisation et de télécommunication
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INTRODUCTION A LA CEM
191
•
•
•
•
•
•
•
Normes d'émission:
CEI/EN 61000-3-2: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 3-2: Limites Limites pour les émissions de courant harmonique (courant appelé par les appareils
inférieur ou égal à 16 A par phase)
CEI/EN 61000-3-3: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 3: Limites Section 3: Limitations des fluctuations de tension et du flicker dans les réseaux basse
tension pour les équipements ayant un courant appelé < = 16 A
EN 55011/CISPR 11: Appareils industriels, scientifiques et médicaux (ISM) à
fréquence radioélectrique - Caractéristiques de perturbations radioélectriques Limites et méthodes de mesure
EN 55022/CISPR 22: Appareils de traitement de l'information - Caractéristiques des
perturbations radioélectriques - Limites et méthodes de mesure.
•
•
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INTRODUCTION A LA CEM
192
Normes d’immunité
•
CEI/EN 61000-4-1: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 4-1: Techniques d'essai et de
mesure - Vue d'ensemble de la série CEI 61000-4.
•
CEI/EN 61000-4-2: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 4: Techniques d'essai et de
mesure - Section 2: Essais d'immunité aux décharges électrostatiques
•
CEI/EN 61000-4-3: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 4-3: Techniques d'essai et de
mesure - Essai d'immunité aux champs électromagnétiques rayonnés aux fréquences
radioélectriques
•
CEI/EN 61000-4-4: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 4-4: Techniques d'essai et de
mesure - Essais d'immunité aux transitoires électriques rapides en salves.
•
CEI/EN 61000-4-5: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 4-5: Techniques d'essai et de
mesure - Essai d'immunité aux ondes de chocs.
•
CEI/EN 61000-4-6: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie 4: Techniques d'essai et de
mesure - Section 6: Immunité aux perturbations conduites, induites par les champs
radioélectriques.
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INTRODUCTION A LA CEM
193
• CEI/EN 61000-4-8: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie
4: Techniques d'essai et de mesure - Section 8: Essai d'immunité au
champ magnétique à la fréquence du réseau
• CEI/EN 61000-4-11: Compatibilité électromagnétique (CEM) - Partie
4-11: Techniques d'essai et de mesure - Essais d'immunité aux
creux de tension, coupures brèves et variations de tension aux
creux de tension, coupures brèves et variations de tension.
• EN 55024/CISPR 24: Appareils de traitement de l'information Caractéristiques d'immunité - Limites et méthodes de mesure.
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INTRODUCTION A LA CEM
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Les normes fondamentales
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INTRODUCTION A LA CEM
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CEM, comment?
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INTRODUCTION A LA CEM
196
Choix initiaux :
– Analyser les contraintes CEM tant pour
combler les oublis que pour supprimer les
excès.
– Préciser les niveaux de normes ainsi que les
conditions de fonctionnement à respecter
durant les essais.
– Intégrer la CEM dès la conception du
produit
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INTRODUCTION A LA CEM
197
Simulation ou mesures
– Les mesures sont actuellement
irremplaçables malgré les performances des
outils numériques.
Préqualification
– Essai à faible coût permettant de corriger les
faiblesses de l’équipement sous test avant le
passage à un essai normalisé.
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INTRODUCTION A LA CEM
198
– La préqualification
– Le test des transitoires rapides en salve
réalisé selon la norme CEI 1000-4-4 ne
nécessite que très peu de matériel et est bon
marché. Il permet de mettre en évidence bon
nombre de problèmes sur un équipement mal
conçu.
Si un essai doit être fait dans l’entreprise c’est
celui-ci !
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INTRODUCTION A LA CEM
199
Qualification
– Essais exécutés selon les normes,
nécessitent un lourd investissement matériel.
– Personnel confirmé en CEM
La fabrication
– Contrôler les dérives en fabrication.
– Attention aux secondes sources !
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INTRODUCTION A LA CEM
200
Le choix du prestataire CEM
Le conseil :
– Le coût d’un consultant est compris entre 1000 et
2000 € la journée. Il permet d’économiser des jours
d’essais puisque la probabilité que le produit soit
conforme au 1er essai est plus grande.
Le laboratoire d’essai :
– Le tarif journalier oscille entre 1000 et 3000 € la
journée. Certains laboratoires proposent aux
entreprises une aide technique à la mise en
conformité du produit en plus des essais.
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Boîte à outils
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Impédance d’un plan de masse
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INTRODUCTION A LA CEM
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Entrées
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Sorties
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Condensateurs
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
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Longueur max. du fil : 0 mm, si possible
moins!
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INTRODUCTION A LA CEM
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Inductivité d’un fil ou d’une piste:1 nH/mm
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Connecteurs
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Connecteurs
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INTRODUCTION A LA CEM
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Connecteurs coaxiaux
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Connecteurs et PCB
• A decoupling capacitor (typically 10 - 100nF)
should be placed between the power and ground
very near to each power/0V pair of connector
pins. Where the main power enters the PCB, a
bulk decoupler should also be located. In the
past bulk decoupling above 470nF was always
done with electrolytics, but multilayer ceramics
are now available with up to 100µF (with low
voltage ratings) and they should be much more
effective than electrolytics, as well as being
smaller, more reliable, and reversible.
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Routage
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INTRODUCTION A LA CEM
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Carte numérique
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INTRODUCTION A LA CEM
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INTRODUCTION A LA CEM
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Carte mixte
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INTRODUCTION A LA CEM
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Découplage des alimentations
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Masse électrique et masse
mécanique
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Diaphonie capacitive
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Diaphonie inductive
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INTRODUCTION A LA CEM
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Capacité parasite entre pistes
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Exemple de répartition des
couches
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Placement des composants
sensibles
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Exemples de placement
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Mise à la masse des
équipements
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Câblage interne
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Règles de câblage
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Les filtres
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Filtres signaux
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Câbles blindés
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Les blindages
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Bibliographie
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Bibliographie
•
•
•
•
Alain Charoy, Compatibilité électromagnétique,
Dunod, 2005,701 p. (ISBN 2100495208)
CEM - CRESITT Industrie
CoursCEM2004v1chap2.ppt
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INTRODUCTION A LA CEM
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Bibliographie
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
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Liens externes
• Directive européenne 2004/108/CE (nouvelle directive
CEM)
• Directive européenne 2004/104/CE (nouvelle directive
CEM des véhicules)
• Cours de CEM de l'IUT de Nantes
• La compatibilité électromagnétique
• Cours de CEM Académie de Paris, Créteil, Versailles
• Principes fondamentaux de conception pour
compatibilité électromagnétique (anglaise)
• Alain Borie - La Compatibilité Electromagnétique
• P. Nayman Compatibilité électromagnétique de tous les
jours
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ICT MANAGEMENT
INTRODUCTION A LA CEM
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•
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INTRODUCTION A LA CEM
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