Notions de Compatibilité Electro Magnétique (CEM)

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Notions de Compatibilité
Electro Magnétique
(CEM)
(Conformité Européenne)
Jean Louis Boizard
Maître de conférences, IUFM Midi Pyrénées- Toulouse II
Notions_cem_v1.2

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Sommaire
1) Introduction 4
1.1) Préambule 4
1.2) Un peu d’histoire 4
1.3) Les directives 89/336/CEE et 2004/108/CEE 5
1.3.1) La directive CEM : Exigences 5
1.3.2) Vocabulaire spécifique à la directive CEM 5
1.3.3) Directive CEM : Domaines d’exclusion 6
1.3.4) Directive CEM : la déclaration de conformité 6
1.3.5) Directive CEM : le marquage CE 7
1.4) Lois générales, unités et outils mathématiques utilisés en CEM 7
1.4.1) Loi de Biot et Savart 7
1.4.2) Loi de Faraday/ Loi de Lenz 8
1.4.3) Loi d’Ampère 8
1.4.4) Théorème de Gauss 9
1.4.5) Les équations de Maxwell 9
1.4.6) Quelques rappels sur les ondes électromagnétiques 10
1.4.7) La transformée de Fourier 13
1.4.8) Les unités utilisées en CEM 14
2) Généralités 14
2.1) Emissivité et immunité 14
2.2) Les perturbations 15
2.2.1) Généralités et classification 16
2.2.2) Exemples de perturbations électro magnétiques 17
3) Les modes de couplage et leurs solutions 20
3.1) Couplages en mode conduit 21
3.1.1) Mode commun ou par impédance commune 21
3.1.2) Mode différentiel 22
3.1.3) Cas des alimentations secteur 22
3.1.4) Couplage « carte à châssis » 23
3.2) Couplages par rayonnement 24
3.2.1) Couplages en champ proche 24
3.2.2) Couplage en champ lointain 29
4) Les moyens d’essai 31
4.1) Les chambres anéchoïques 32
4.2) Les cages de Faraday 32
4.3) Chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM) 33
4.4) L’analyseur de spectre 33
4.5) Quelques antennes utilisées en CEM 34
4.6) Les sondes isotropiques 34
4.7) Les RSIL (Réseaux Stabilisateurs d’Impédance de ligne) 35
4.8) Tests d’immunité aux décharges électrostatiques (Norme CEI 61000-4-2) 35

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4.9) Tests de transitoires électriques rapides en salve (TERS) 36
4.10) Tests d’immunité aux champs électromagnétiques 36
5) La CEM dans la conception des équipements électroniques 37
5.1) Conception des circuits imprimés 37
5.2) Les choix technologiques 38
5.2.1) Les familles de circuits intégrés numériques 38
5.2.2) Le choix des composants passifs 39
5.2.3) La conception et le câblage des équipements (coffrets et baies) 40
6) Les outils de simulation 41
6.1) Perturbations basse fréquence 41
6.2) Perturbations haute fréquence 42
6.3) Intégrité et rayonnement des torons de câbles 42
7) La certification des équipements 43
8) Bibliographie 44
9) Annexes 45

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1) Introduction
Note à l’attention du lecteur : les figures présentées dans ce document ont été pour la plupart
extraites des ouvrages cités dans le paragraphe 9 « Bibliographie ».
1.1) Préambule
L’intégration de l’électronique dans la vie quotidienne s’est accompagnée de phénomènes
parasites -les perturbations électromagnétiques- inhérents à l’utilisation du courant électrique.
On appelle « perturbation électromagnétique » tout phénomène électromagnétique susceptible
de dégrader les performances d’un dispositif, d’un équipement ou d’un système. Ces
perturbations peuvent être un bruit électromagnétique, un signal non désiré ou une
modification du milieu de propagation.
On peut définir la CEM comme l’aptitude d’un appareil à fonctionner normalement
dans un environnement électromagnétique donné, sans produire lui-même des perturbations
intolérables pour les appareils qui se trouvent dans cet environnement.
On peut distinguer :
- La CEM intra-système (propre aux perturbations émises à
l’intérieur d’un équipement).
- La CEM inter-système (influence de l’équipement sur
l’environnement et inversement).
Dans le premier cas, le concepteur s’intéressera aux fonctions que l’appareil doit réaliser et
plus particulièrement aux problèmes d’auto-perturbations rencontrés lors du fonctionnement
normal.
Dans le second cas, le même équipement devra réaliser ses fonctions dans un environnement
d’installation déterminé.
1.2) Un peu d’histoire
Le début des années 30 voit l’apparition des communications radio et avec elles un certain nombre
de problèmes d’interférences radio (dus aux moteurs électriques etc.).
- 1933 : Création du CISPR (Comité International Spécial des
Perturbations Radioélectriques) par la CEI (Commission
Electrotechnique Internationale) qui développe des normes pour
éviter les interférences.
- Durant la deuxième guerre mondiale, l’utilisation d’appareils
électroniques (radio, navigation, radar) s’est accélérée. Beaucoup de
cas d’interférences entre radios et systèmes de navigation aérienne
sont constatés.
- Le CISPR continue son activité en produisant plusieurs publications
techniques présentant des techniques de mesure des perturbations et

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recommandant des valeurs limites d’émissions. Plusieurs pays
européens ont adopté ces valeurs limites recommandées par le
CISPR.
- L’augmentation la plus significative des problèmes d’interférences
est apparue avec l’invention des composants électroniques à haute
densité, tels que le transistor bipolaire dans les années 1950, le
circuit intégré dans les années 1960, et les puces à microprocesseur
dans les années 1970. Par ailleurs, le spectre fréquentiel utilisé
devient beaucoup plus large afin de subvenir aux besoins de plus en
plus croissants de transmission d’informations.
- Due à la sensibilité de plus en plus accrue des circuits électroniques,
l’American Federal Communications Commission (FCC) a publié
en 1979 des normes limitant les émissions électromagnétiques de
tous les appareils électroniques. Les valeurs limites définies par la
FCC correspondent dans l’ensemble à celles recommandées par le
CISPR.
1.3) Les directives 89/336/CEE et 2004/108/CEE
Pour faire face aux problèmes évoqués précédemment, l’Europe a mis en place la directive
89/336/CEE puis la directive 2004/108/CEE qui abroge la précédente. La première, transposée en
droit français et applicable depuis 1989, est obligatoire depuis le 1er janvier 1996. Son domaine
d’application concerne tout équipement électrique ou électronique, même pour une fabrication
unitaire. Il en est de même pour les matériels d’occasion reconfigurés. Ces directives imposent le
respect d’exigences essentielles d’ordre technique aux états membres de l’Union Européenne. Elles
imposent les contrôles à faire sur un produit, avant sa mise sur le marché, sans préciser les modalités
techniques relevant elles de normes. Elles doivent supprimer les entraves aux échanges à l’intérieur
de l’Union Européenne.
1.3.1) La directive CEM : Exigences
Les exigences essentielles de la directive CEM sont rédigées en termes d’objectifs
qualitatifs :
- Les perturbations générées doivent être limitées à un niveau
permettant aux systèmes de radio et de télécommunication, ainsi
qu’aux autres appareils, de fonctionner conformément à leur
destination.
- Les appareils doivent avoir un niveau adéquat d’immunité
intrinsèque contre les perturbations électromagnétiques leur
permettant de fonctionner conformément à leur destination.
1.3.2) Vocabulaire spécifique à la directive CEM