Fondamentaux de la Compatibilité Électromagnétique (CEM)

31/01/2023
Université Clermont Auvergne – M1 EEEA, Energie
Chapitre 1 :
Généralités et définitions
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Question 1 :
J’ai déjà suivi des cours de compatibilité électromagnétique.
Question 2 :
Je suis capable de définir la compatibilité électromagnétique.
WOOCLAP
1. Introduction (1)
2

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1. Introduction (2)
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Etude de cas 1 :
Eurostar north of London delayed by concerns over interference
Electronics Weekly October 23rd 1996
Eurostar and Railtrack officials admitted this week the threat of EMI causing signal failures is
delaying the introduction of European rail services north of London. EMI generated by overhead
power lines can affect the trackside signals such that red lights are forced to green.
AEurostarspokespersonsaid:“Inelectricalterms,wehavefoundwithnewtrains, such as
Eurostar, there tends to be a degree of stray electrical current. This can cause an interference
with signalling and affect the integrity cause a signal to go from red to green.” Railtrack,
responsible for the track and signalling systems, is refusing to allow the trains to run
commercially until Eurostar can demonstrate their safety.
“We are working hand-in-hand with to solve this problem as quickly as possible,” Railtrack said.
Eurostar engineers have designed an interference current monitoring unit. When it senses EMI,
the motor is stopped and the train coasts to a stop. However, for the highest safety the unit must
be set to maximum sensitivity. This could cause the train to stop every few miles.
In October 2003 the interference problems still did not seem to have been solved. The editor has
since been informed that plans to run Eurostar trains north of London have now been shelved.
https://www.emcstandards.co.uk/files/compendium_of_890_emi_stories_20_apr_2020.pdf
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1. Introduction (3)
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Etude de cas 2 :
Electromagnetic interferences issue on US medical devices
Medical device EM interference problems reported between 1979 and 1993
•405 suspected EMI problems reported by FDA between 1994 and 2005, with 6 deaths, 170
injuries and 167 malfunctions.
•72% of cases concern implantable devices.
“The Jammed Wheelchair: A Case Study of EMC and Functional Safety”
Dick Groot Boerle & Frank Leferink 2004.
EMI types Reported cases Devices
Conducted interference 20 (1 death) Cardiac monitor, infusion
device, defibrilator…
Radiated interference 55 (4 deaths) Pacemaker, ventilator,
cardiac monitor
LF magnetic field 6 (1 death) Respirator, pacemaker
ESD 10 Respirator, infusion pump

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1. Introduction (4)
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Etude de cas 3 :
Solar storm, May 1967
Solar flares may be powerful enough to cause EM radiation
that can interfere with communication systems. A powerful
solar storm nearly heated the Cold War up catastrophically
a half century ago, a new study suggests. The U.S. Air Force
began preparing for war on May 23, 1967, thinking that the
Soviet Union had jammed a set of American surveillance
radars. But military space-weather forecasters intervened
in time, telling top officials that a powerful sun eruption
wastoblame,accordingtothestudy.
M. Wall, How a 1967 solar storm nearly
led to nuclear war, space.com, 2016
Solar storm, August 1972
The extreme space weather events of early August 1972 had significant
impact on the US Navy, which have not been widely reported: a nearly
instantaneous, unintended detonation of dozens of sea mines south of
Hai Phong, North Vietnam. These American mines’ magnetic detonators
were designed to be set off when a ship passed nearby. The study also
notes that additional effects of the storm included radio blackouts, a
visible aurora in parts of the UK and Spain, and damage to solar panels
to orbiting satellites. A. Hassan, A solar storm during the Vietnam War was
powerful enough to set off sea mines, qz.com, 2018
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1. Introduction (5)
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Représentation générale des problèmes étudiés :
Source Victime
Couplages
Foudre
Décharge électrostatique
Emetteur Hertzien
Radar
Récepteur radio/TV
Ordinateur
Véhicule
Homme
Conduction
Rayonnement

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1. Introduction (6)
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Compatibilité électromagnétique
Pluridisciplinaire
•Automobile
•Aéronautique
•Aérospatial
•Défense
•Télécommunications
•Sécurité des personnes
•Problématiques :
•Surtensions, foudre, IEMN
•Décharges électrostatiques
•Perturbation et immunité des équipements
•Brouillage des récepteurs hertziens
•Effets biologiques
•Etc…
Multi-échelle
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1. Introduction (7)
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Historique bref et non-exhaustif de la CEM :
Prehistoric
“EMCage”
Lightningstrike,
electrostatic
discharges
Powersupply
lines
Short‐cutfailure,
localfire&shock
hazarddueto
lighteningstrike
Building&
appliances
Inputfuses,
miniaturecircuit
breakers(MCB)
ESD
problems
Electricspark
dischargesin
hazardous
environments
(localmines,
refueling
aircraftor
motorcars)
ISMfrequency
bands
Industrial,
scientificand
medicaluse
(allowing
emissions)⇒
steady
developmentof
standardsandlaws
Lowpower
mobiledigital
communications
Wifi,remotely‐
operatedcardoor
keys,…
Lightning
strike
EMCsolutions=
lightningrodsof
lightning
conductors
Radio
communication
development
Broadcastradio
signals⇒
international
regulatory
framework
WorldwarII
military
legacy
Neuclear EM
pulse(NEMP),
lightning strike,
highpower
RADAR
Moderndigital
circuitry
Faster switching
speeds,lower
circuitvoltages⇒
EMCisasourceof
highconcern
Mobile
communication
Broadcastmedia
channels ⇒band
allocations(EMC
controlmethods,
digital
communication
arena)
“IoT age”
DataSciences,
wearable,mobile‐
health monitoring,
near‐field
communication,
massiveuseof
devices
Prehistory 18th 19th 20th WWII 70s 80s 90s 2000s 2020s

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1. Introduction (8)
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Mots-clefs en lien avec la CEM
Compatibilité
électromagnétique
Moyensdetestexpérimentaux
Chambre anéchoïque
Chambre réverbérante à brassage de modes
Open site (test pleine air)
Cage de Faraday
Test d’émission
Capteurs rayonnement, récepteur / émetteur
Codedecalculs/simulation
Codes : CST, ADS, HFSS, COMSOL, Spice
Outils : Matlab
Méthode des différences finies
Simulation électromagnétique
Optimisation de solution
Optimisation
Couplages
Immunité conduit/rayonné
Champ proche / champ lointain
Mode différentiel / commun
Couplage par impédance commune
Couplage capacitif carte à châssis
Couplage inductif
Emissions rayonné/conduit
Perturbation EM (rayonnement)
Lignes
Transmission
Pertes
Grandeurs
Champ magnétique, champ électrique
Tension induite, courant induit
Densité de courant
Puissance
Potentiel
Impédance et impédance caractéristique (Taux d’Onde
Stationnaire TOS + impédance instruments 50 / 75 ohms)
Interférences, couplages, parasites, sureté de
fonctionnement, pertes de fonctions
Lois de Maxwell
Champ diffracté
Calcul + calcul champ électrostatique
Fréquence, longueur d’onde
Vitesse, pulsation
Bande passante
Domaines fréquentiel / temporel
Énergie
Unités, unités dB/linéaire
Normes
Standards : Norme associée aux essais dans le civil
Filtrageetblindage
Filtrage (passif/actif), caissons de blindage
Divers/Applications
Résonance électromagnétique
Blindage EM
Dosimétrie (DAS: débit d’absorption spécifique en W/Kg)
Interférences EM
Récupération d’énergie électromagnétique
Composants/matériaux/physique
Diélectrique (matériaux) + matériaux absorbants
Imperfection des composants
Effet de peau (courant dans conducteur)
Antennes
Fonctionnement des antennes et rayonnement
Identification radio-fréquence
Antenne isotropique
WOOCLAP
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2. Définition générale (1)
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Tentative de définition :
Objectifs :
Ne pas causer des interférences graves avec les autres systèmes.
Ne pas être sensible aux émissions des autres systèmes.
Ne pas causer des interférences avec lui-même.
Assurer la sécurité des personnes.
« C’est l’aptitude d’un dispositif, d’un appareil ou d’un système à
fonctionner dans son environnement électromagnétique, de façon
satisfaisanteetsansproduirelui-mêmedesperturbations
électromagnétiques de nature à créer des troubles graves dans le
fonctionnement des appareils ou des systèmes situés dans son
environnement. »