CH16 : Les perturbations électromagnétiques

BTS ELT 2ème année - Sciences physiques appliquées
CH16 : Les perturbations électromagnétiques
Enjeu :
Norme CEM
Problématique :
Les perturbations électromagnétiques ont provoqué
par le passé de nombreux accidents.
En étudiant quelques cas, vous devez vous
prononcer sur les causes de l’accident et les
solutions techniques qui auraient permis de les
éviter.
Rapport au programme :
A1.5. Ondes :
– Perturbations électromagnétiques par conduction par induction, par effet capacitif, par
rayonnement : causes, effets, remèdes
H1. Notions d’onde et de rayonnement
H2. Pollution harmonique, norme CEM
Objectifs :
16.1
16.2
A l’issue de la leçon, l’étudiant doit :
Savoir définir les notions de CEM et de perturbation électromagnétique
Savoir citer les différentes causes de perturbations et des solutions de remédiation
Travail à effectuer :
1. Réaliser la fiche résumée en utilisant l’annexe du chapitre.
2. Réponse à la problématique :
EXTRAIT D’UN ARTICLE DES TECHNIQUES DE L’INGENIEUR :
Les perturbations électromagnétiques ont provoqué par le passé de nombreux accidents.
Parmi les plus spectaculaires, on peut citer la destruction du porte-avions Forrestal en 1967 lors de la
guerre du Vietnam. Un radar de bord a éclairé l'un des chasseurs prêt à décoller, perturbant le système
de mise à feu des roquettes accrochées sous l'avion, l'une d'elles a été mise à feu, percutant un
deuxième avion qui, lors de son explosion, a embrasé tous les autres avions se trouvant sur le pont.
Le feu s'est propagé aux soutes à munitions et le porte-avions, ou plutôt ce qui en restait a été remorqué
jusqu'aux États-Unis pour refonte complète.
On peut aussi citer la mise hors service du destroyer britannique HMS Sheffield par un missile Exocet,
en 1982, durant le conflit entre la Grande-Bretagne et l'Argentine à propos des îles Falkland. À cause de
phénomènes d'interférences électromagnétiques, le système de détection antimissile du navire et son
système de communication par satellite avec la Grande-Bretagne ne pouvaient opérer en même temps ;
c'est au cours d'une de ces communications que l'Argentine a lancé le missile Exocet qui mit le navire
hors combat.
On peut de même citer les accidents survenus aux hélicoptères Sikorsky de la série UH-60 Black Hawk,
alors qu'ils volaient à proximité d'émetteurs micro-ondes de forte puissance tels que les radars des
navires de guerre.
2.1 Que veut dire la phrase : « Un radar de bord a éclairé l'un des chasseurs prêt à décoller » ?
2.2 A quel(s) type(s) de perturbations électromagnétiques appartiennent les causes d’accident décrites
dans l’article ?
2.3 Proposez une solution technique qui aurait pu permettre d’éviter les accidents.
BTS ELT 2ème année - Sciences physiques appliquées
Annexe du CH16 : Les perturbations électromagnétiques
Introduction :
Le développement de l’électronique et de l’électronique de puissance fait que de très nombreux
systèmes génèrent des hautes fréquences qui viennent polluer d’autres systèmes par l’intermédiaire du
réseau ou par transmission hertzienne. Ceci peut rendre leurs utilisations délicates, voire dangereuses.
Ces problèmes sont relativement récents et se manifestent à plus ou moins hautes fréquences. Il
convient donc de connaître les causes de ces perturbations ainsi que leurs conséquences pour d’une part,
protéger les systèmes sensibles à ces perturbations et d’autre part limiter les causes de pollution
occasionnées par les systèmes fautifs. Depuis maintenant quelques décennies, les constructeurs doivent
respecter des normes dans ces deux sens.
1. Qu’est-ce que la CEM ?
La compatibilité électromagnétique (CEM) est définie comme l’aptitude d’un dispositif, d’un appareil ou
d’un système à fonctionner dans son environnement électromagnétique de façon satisfaisante et sans
produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour tout ce qui se trouve dans
cet environnement.
Une bonne compatibilité électromagnétique décrit un état de « bon voisinage électromagnétique » :
 ne pas « trop » déranger les voisins ;
 supporter un niveau « raisonnable » de perturbation électromagnétique.
La norme CEI 6000 de la Commission Electrotechnique Internationale établit des limites aux
perturbations électromagnétiques tolérables dans un réseau électrique.
2. Qu’est-ce qu’une perturbation électromagnétique ?
On appelle par perturbation électromagnétique, tout phénomène électromagnétique susceptible de
dégrader les performances d’un dispositif, équipement ou système...
Les perturbations électromagnétiques sont le résultat de tous les courants électriques induisant une
multitude de champs et signaux parasites.
Une perturbation électromagnétique peut être un bruit électromagnétique, un signal non désiré ou une
modification du milieu de propagation lui-même.
Exemple de système perturbé (extrait du guide technique Schneider sur la CEM) :
3. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par conduction et comment y
remédier ?
On appelle perturbations par conduction, les
perturbations électromagnétiques occasionnées
par la transmission d'un signal par un
conducteur.
Cela peut être n'importe quel conducteur et pas
nécessairement un fil destiné à conduire un
courant électrique (un tuyau de climatisation
peut être la cause de perturbations par
conduction).
La conduction concerne essentiellement les perturbations à basse fréquence (inférieure à quelques
MHz).
On peut citer le phénomène de pollution harmonique, qui est une perturbation électromagnétique qui se
propage principalement par conduction.
 Solution de remédiation :



Réduire les variations de fréquences ou de tension
Limiter les harmoniques
…
4. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par rayonnement et comment y
remédier ?
On appelle perturbations par rayonnement,
les perturbations occasionnées par un champ
électrique, un champ magnétique ou un champ
électromagnétique.
Le rayonnement concerne principalement les
perturbations à haute fréquence (supérieure
à 30MHz)
 Solution de remédiation :





Diminuer les champs (électriques ou magnétiques) perturbateurs
Utiliser des blindages
Utilisation de câbles coaxiaux
Diminuer l’effet antenne des conducteurs en les orientant en fonction des champs
incidents.
…
5. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par effet inductif et comment y
remédier ?
Un conducteur électrique parcouru par un courant
génère dans son environnement un champ
magnétique B dont les lignes de champs sont
circulaires.
Un circuit proche de ce conducteur est
susceptible d’être perturbé par ce champ
magnétique.
Lignes du champ
magnétique crée
par la circulation
du courant
⃗
𝐵
⃗
𝐵
Plus l'impédance du circuit victime sera faible,
plus il sera sensible à cette perturbation.
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.
i
 Solution de remédiation :




Limiter les courants qui sont sources de perturbations
Eloigner les conducteurs polluants et les conducteurs sensibles, notamment câbler
séparément les fils de puissance et les fils de commandes
Augmenter l'impédance terminale des liaisons
…
6. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par effet capacitif et comment y
remédier ?
Deux conducteurs métalliques séparés par un
isolant (vide) et soumis à une différence de
potentiel électrique (tension) créent un champ
électrique E entre ces deux conducteurs.
Entre 2 circuits proches, séparé par un isolant
(air), il peut apparaître un champ électrique
susceptible de perturber un des 2 circuits.
Isolant
Plus l'impédance du circuit victime sera grande,
plus il sera sensible à cette perturbation.
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.
Fil analogique du
circuit puissance
𝐸⃗
230V
5V
Fil numérique du
circuit commande
 Solution de remédiation :




Minimiser les tensions sources des perturbations.
Eloigner les fils pollueurs des fils sensibles : éviter les fils parallèles, regrouper
séparément les fils numériques et les fils analogiques,…
Diminuer l'impédance terminale des liaisons.
…