L`obsolescence des composants électroniques

LE TEXIER Nicolas
GEII 2 EEP2
IUT DE NANTES
2005-2006
L’obsolescence des
composants électroniques
Rapport de stage
Transports de l’Agglomération Nantaise
SEMITAN
3 rue Bellier
BP 64605
44046 NANTES Cedex 1
10 avril
- 17 juin 2006
Maître de stage : M. Pascal LE MEVEL
Responsable de stage IUT : M. Daniel SARLAT
Sommaire
Remerciements ...................................................................................................................................p.3
Introduction ........................................................................................................................................p.4
Chapitre I : Présentation de la SEMITAN........................................................ p.5
I.1 - La SEMITAN, une société de transport ..................................................p.6
I.1.A – Le tramway...................................................................................................p.6
I.1.B – Le bus............................................................................................................p.7
I.1.C – La prestation de la TAN................................................................................p.8
I.2 - L’organisation de la SEMITAN.....................................................................p.9
I.2.A – Son statut juridique ......................................................................................p.9
I.2.B – Le personnel .................................................................................................p.10
I.2.C – Structure et Organisation générale ...............................................................p.11
I.3 - Les transports en commun de Nantes, une longue histoire .......p.12
I.4 - Nantes, un réseau précurseur et toujours dynamique...................p.13
Chapitre II : Le projet : présentation du tramway Alstom..................... p.14
II.1 - Captation, distribution et retour 750V ..................................................p.15
II.1.A – L’alimentation électrique............................................................................p.15
II.1.B – Les systèmes de protection .........................................................................p.17
II.2 - Traction, freinage.............................................................................................p.17
II.2.A – Le moteur de traction..................................................................................p.18
II.2.B – Les hacheurs...............................................................................................p.19
II.2.C – Les résistances de freinage rhéostatique .....................................................p.20
II.2.D – Les Baies de contrôle électronique (B-C-E) ...............................................p.21
II.3 – La basse tension et les auxiliaires ........................................................p.24
II.3.A – Les alimentations. .......................................................................................p.25
II.3.B – Le dispositif électrique de ventilation.........................................................p.25
II.4 – La tachymétrie ..................................................................................................p.26
Chapitre III : Le projet : L’obsolescence des composants ......................p.27
III.1 – Le statut des composants électroniques..........................................p.28
III.1.A – Une phase d’inventoriage. .........................................................................p.29
III.1.B – Le principe de l’obsolescence....................................................................p.30
III.1.C – La directive ROHS. ...................................................................................p.31
III.1.D – L’élaboration d’une procédure. .................................................................p.34
III.2 - Le remplacement des composants. ......................................................p.36
III.2.A – Des contraintes à respecter. .......................................................................p.36
III.2.B – Mise en place d’une méthodologie. ...........................................................p.41
III.2.C – Les diodes et les transistors. ......................................................................p.42
III.2.D – Les circuits intégrés...................................................................................p.45
III.2.E – Les relais, les transformateurs et les thyristors. .........................................p.48
III.3 – Constitution d’un stock de fin de vie...................................................p.49
III.4 – Comment gérer l’obsolescence des composants ? .....................p.50
III.4.A – Un travail de prévention. ...........................................................................p.51
III.4.B – Une intervention ciblée..............................................................................p.56
Glossaire.............................................................................................................................................p.62
Conclusion..........................................................................................................................................p.63
Sommaire des annexes .......................................................................................................................p.64
2
Remerciements
Je tiens à remercier M. Pascal LE MEVEL pour m’avoir donner l’opportunité de
travailler au sein de l’entreprise SEMITAN, et aussi pour m’avoir offert une certaine
autonomie dans le travail que j’ai eu à effectuer tout en veillant au bon déroulement du stage.
Je remercie les membres du service électronique tramway pour leur sympathie et pour
m’avoir donner un aperçu grâce à leur activité du rôle d’un service comme celui-ci et de leur
méthode de travail.
Je remercie aussi M. SARLAT pour m’avoir rendu une petite visite afin de se rendre
compte du déroulement du stage.
Je tiens également à exprimer ma reconnaissance envers l’ensemble du corps professoral
de l’IUT pour m’avoir apporté les compétences nécessaires au bon déroulement de ce stage et
à ma formation professionnelle.
3
Introduction
Mon stage de deux mois a clôturé les deux années d’enseignement universitaire à l’IUT
Génie Electrique et Informatique Industrielle. J’ai effectué mon stage de 10 semaines, du
10 avril au 17 juin 2006 dans le domaine des transports urbain, au sein de la SEMITAN à
Nantes, plus précisément dans le service électronique tramway.
Le présent rapport a pour objectif principal de répondre à la question suivante : Quelles
sont les solutions pour résoudre le problème de l’obsolescence des composants
électroniques ?
Dans tout atelier de maintenance, le management de ce problème est inévitable. Les
éléments électroniques sont les plus atteints car ce domaine est touché par les effets du
marché qui se veut de plus en plus performant car de plus en plus utilisé. Le spectre de
l’obsolescence apparaît dans toutes les actions de maintenance et de nouvelles améliorations.
La pérennité des systèmes est donc un élément pris en compte dans toute réflexion.
Après une présentation de l’entreprise et du fonctionnement des éléments électrique du
tramway Alstom dans les deux premiers chapitres, ce rapport aborde le problème de
l’obsolescence. Il présente les solutions possibles aux situations qui diffèrent les unes des
autres. Les méthodes pour appliquer ces solutions sont détaillées pour une possible
réutilisation ultérieure. On verra que la recherche de solution amène d’une part à découvrir
l’évolution technologique des composants électroniques au cours de ces dernières décennies
et d’une autre part à comprendre les acteurs qui agissent sur le marché, que ce soit les
fabricants qui engendre l’obsolescence ou les brokers qui profitent de cet état des choses.
Le rapport termine sur la gestion théorique que devrait appliquer toute entreprise pour
pallier à la question de la vétusté de leur système. On observera qu’un management préventif
est possible et on examinera les avantages et les inconvénients de toutes les solutions
possibles pour un management curatif.
4
CHAPITRE I :
Présentation de la
SEMITAN
5
Entreprise bien connue des habitants de Nantes et de ses environs, la SEMITAN dessert
les 24 communes de l’agglomération nantaise. Fondée en 1979, la Société d’Economie Mixte
des Transports de l’Agglomération Nantaise a en charge d’une part l’exploitation du réseau
bus et tram, et d’autre part le développement des transports en commun sur la communauté
urbaine de Nantes Métropole : études, projets d’extension… Depuis sa fondation, la TAN
s’est développé jusqu’à assurer une couverture de 524 km². Son savoir-faire est reconnu dans
toute la France ainsi qu’à l’étranger, notamment pour la mise en service du premier tramway
moderne d’Europe en 1985 ainsi que pour sa politique d’utilisation. Son chiffre d’affaire est
évalué à plus de 88 millions d’euros.
I.1 - La SEMITAN, une société de transport.
I.1.A – Le tramway.
Le réseau de tramway de la TAN est le plus important de France avec 39 kilomètres
de voies. 40% des emplois de l’agglomération sont desservis par le tramway. De même,
86% des étudiants sont inscrits dans des établissements desservis. En 1995, 93% des
Nantais étaient favorables au tramway.
En exploitation, 63 tramways sont disponibles sur les 3 lignes représentant 225 000
voyages par jour. A l’arrêt, les tramways sont stockés dans deux dépôts : à Dalby et à
Trocardière, représentant ainsi une superficie de 5 hectares.
Deux modèles de tramways sont actuellement en circulation : le modèle ALSTOM,
mis en service en janvier 1985 et le modèle BOMBARDIER, mis en service en septembre
2000.
46 tramways ALSTOM :
Spécificité : 3 caisses dont une à
plancher bas pour un accès facilité
Longueur : 39,15m
Largeur : 2,30m
Capacité : 236 (charge 4 au m²)
74 places assises ; 162 debout
Poids : 52 tonnes à vide
23 tramways BOMBARDIER :
Spécificité : 5 caisses toutes
plancher bas pour un accès facilité
Longueur : 36,40m
Largeur : 2,40m
Capacité : 252 (charge 4 au m²)
72 places assises ; 172 debout
Poids : 33 tonnes à vide
6
à
I.1.B – Le bus.
La TAN offre en prestation à ses usagers 58 lignes de bus qui ont réalisé 17 772
milliers de kilomètres de voyage en 2004. Au total, 2/3 du parc de bus est constitué de
véhicules propres.
- 84 bus articulés (150 places) dont 49 à plancher bas.
- 234 bus standards (100 places) dont 155
GNV à plancher bas. Le carburant Gaz Naturel
pour Véhicule est utilisé sur les nouveaux bus,
le transport est plus silencieux et moins
polluant grâce à cette énergie.
- 3 bus TANAIR (28 places) pour la desserte de
l’aéroport.
-18 minibus pour le transport des handicapés,
HANDITAN et 1 minibus pour la desserte de Vertou.
-1 navette fluviale pour les liaisons sur l’Erdre avec la
faculté.
7
I.1.C – La prestation de la TAN.
Grâce à ses 39 kilomètres de
voie répartis en 3 lignes, le
tramway dessert 40 % des emplois
de l’agglomération, 20 % des
bureaux, 42 % des commerces,
50%
des
lycéens
de
l’agglomération et 86 % des
étudiants.
La fréquentation par jour est
respectivement de 95 000 voyages
sur la ligne 1, de 110 000 voyages
sur la ligne 2 et de 45 000 voyages
sur la ligne 3.
Quant aux bus, ses 624
kilomètres de lignes dont 9 en bus
articulés et 49 en bus standard dont
19 affrétées offrent ainsi près de
170 000 voyages par jour.
Son réseau est muni de 10
parkings pour les échanges voiture
particulière
–
transport
en
commun.
L’entreprise se veut être à l’écoute de ses usagers. C’est pour cela qu’elle a organisé
différents services :
- Le service Chronobus, installé sur les lignes 32 et 25 afin d’obtenir des délais
d’attente plus courts sur ces deux lignes, grâce à un renfort de bus et à des aménagements
de voirie et des priorités des feux. Le service est assuré par des bus GNV. Les usagers
disposent ainsi d’un service avec une ponctualité, un confort et une accessibilité accrus.
- Le service Luciole, mis en place entre 2h30 et 7h du matin les samedi et
dimanche soirs pour permettre la desserte des principaux lieux de la vie nocturne nantaise.
- Le service TanAir, qui permet de relier la gare Sud à l’aéroport en 20 minutes,
avec des véhicules prévus pour le transport des bagages et des horaires adaptés aux heures
d’arrivée et de départ des vols réguliers.
- Le service HandiTan, offrant grâce à une équipe qualifiée un transport à la
demande pour les personnes à mobilité réduite. En 2004, 115 324 courses ont été
effectuées. 2090 personnes bénéficient du service HandiTan.
- L’inter modalité TAN/TER : tous les tickets, abonnements et Pass permettent
l’accès aux deuxième classe des TER pour un trajet se situant entièrement dans
l’agglomération nantaise.
- des systèmes de Pass disponibles pour chaque type de voyageur : écoliers,
collégiens et lycéens, étudiants, personnes de plus de 26 ans et de plus de 65 ans. L’offre
est ainsi adaptée aux besoins de chacun. L’adhésion à ses offres est en constante
progression depuis le début de la mise en place en 2002.
La TAN est intégrée à la vie nantaise. En effet, elle est associée aux grandes
manifestations et propose un service améliorant la desserte lors de ces évènements que
sont les matchs du FNCA ou les Folles Journées. Les hauts lieux de la vie publique
nantaise disposent d’un accès facilité par des moyens supplémentaires mis à disposition.
8
I.2 - L’organisation de la SEMITAN
I.2.A – Son statut juridique.
Pour créer une société d’économie mixte, il faut que l’actionnaire principal soit une
collectivité publique et possède au moins 50 % du capital de la société. Dans le cas de la
SEMITAN, l’actionnaire principal est la Communauté de Nantes qui détient 65% des
actions.
Le capital de 600 000 euros de l’entreprise est réparti ainsi :
14,99%
10,00%
10,00%
0,01%
65,00%
TRANSDEV
CCI
Caisse d'Epargne
Associations
Nantes Métropole
Le groupe TRANSDEV en détient donc 15 %, c’est un opérateur international de
transport qui exploite le réseau de 71 villes françaises, européennes et australiennes,
comme Grenoble, Strasbourg, Toulouse ou encore Edimbourg, Rome, Melbourne,
Sydney,… Cette société assure une mission technique auprès de la SEMITAN. La
Chambre de Commerce et de l’Industrie et la Caisse d’Epargne et de Prévoyance des Pays
de la Loire se partagent chacune 10 % et les associations d’usagers une part infime de
0.01 %, ce qui leur permet d’être représentées au conseil d’administration.
La SEMITAN est très liée à la Communauté Urbaine, cette dernière étant à la fois
son actionnaire majoritaire, son principal pourvoyeur de revenus et l’autorité qui fixe le
cadre réglementaire dans lequel évolue l’entreprise.
De plus, la plupart des équipements et infrastructures de transports en commun
qu’utilise la SEMITAN appartient à la Communauté Urbaine. Cela explique la modestie
de son capital social (600 000 euros) par rapport à l’importance du réseau qu’elle exploite.
Lorsque la SEMITAN achète des équipements, elle le fait, le plus souvent, pour le
compte de la Communauté Urbaine. Il en est de même lorsqu’elle fait construire de
nouvelles infrastructures comme les lignes de tramways. Dans ces domaines, l’entreprise a
des mandats de gestion de fonds publics. Elle est limitée dans l’utilisation de ces fonds,
ces derniers ne peuvent servir qu’à sa mission d’organisation et d’exploitation des
transports en commun.
Depuis 2003, une autre procédure s’est mise en place pour les immobilisations.
Certaines (les Immos-TAN) sont ainsi achetées par la SEMITAN qui en devient
propriétaire jusqu’à la fin de la Délégation de Service Public dont elle bénéficie. Ces
immobilisations sont financées par des subventions d’équipements.
Le bilan de la SEMITAN est donc relativement restreint. L’actif du bilan de
l’entreprise est principalement constitué, outre de valeurs mobilières de placement, de
stock de pièces de rechanges et de créances sur Nantes Métropole.
9
I.2.B – Le personnel.
La SEMITAN est l’un des principaux employeurs de l’agglomération nantaise. Elle
emploie 1448 salariés.
Répartition des employés (au 01/01/2005) :
- 923 conducteurs ou agents de prévention ou Agent de Contrôle et Information
Clientèle (ACIC)
- 21 agents de prévention
- 16 ACIC
- 152 agents techniques
- 20 agents commerciaux
- 18 agents accueil téléphonique
- 60 agents administratifs
- 187 agents de maîtrise
- 51 cadres
Parmi ces employés, on trouve 18.1% de femmes, seulement 12% de salariés à
temps partiel. L’âge moyen des employés est de 42 ans et 2 mois.
Durant l’année 2004, 41 000h de formation ont été dispensées aux employés.
L’évolution des effectifs depuis ces dernières années est le suivant :
1600
1100
1058
1109
1200
1280
1220
1340
1446
1448
600
100
-400
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2005
Le nombre d’emploi au sein de la SEMITAN n’a cessé de s’accroître. Cette
progression s’explique notamment par le passage aux 35 heures et par la création de
postes dans les métiers d’accueil et de prévention.
Répartition de l’effectif par site :
20%
26%
Unité de production de Dalby
Unité de production St Herblain
Unité de producion de Trentemoult
Services centraux
30%
10
24%
I.2.C – Structure et organisation générale
La
SEMITAN,
qui
regroupe une grande variété
de métiers, est constituée d’une
structure regroupant des services
rattachés à des lignes hiérarchiques
différentes et localisées dans
plusieurs lieux d’exploitation. Au
fil des années et des évolutions, les
services se sont organisés pour
assurer une bonne coordination
entre eux et atteindre les objectifs
de l’entreprise. Ainsi, comme
l’indique
l’organigramme,
l’entreprise est dirigée par
M. Alain Boeswillwald, puis est
divisée en cinq subdivisions que
sont la Direction Commerciale, la
Direction
Administrative
et
Financière,
la
Direction
Exploitation et Maintenance, la
Direction
des
Ressources
Humaines et la Direction Etudes et
Projets.
L’unité
d’exploitation
est composée
principalement
des différentes
Unités de
UP Dalby
Production
UP St-Herblain
(UP) mais
également du
Poste de
Commande
Centralisé
UP Trentemoult
(PCC) situé à
Dalby et des
circuits
scolaires. On
compte trois
UP, un premier dépôt Bus et Tramway au siège à Dalby - Hôpital Bellier, un second
exclusivement Bus à Saint-Herblain et un troisième au sud à Trentemoult (Bus) avec
Trocardière (Tramway). A noter que les lignes 1 et 3 dépendent de Dalby et la ligne 2 de
Trocardière.
11
I.3 - Les transports en communs de Nantes, une longue
histoire
C’est à Nantes qu’a été créé le premier service de transport en commun au monde
en 1825. Les premiers tramways étaient hippomobiles. Puis grâce à Louis Mékarsky, les
tramways fonctionnèrent à l’air comprimé dès 1879. Le tramway électrique apparut
quelques temps plus tard, et la ville de Nantes compta jusqu’à 13 lignes avant la
disparition du tramway en 1958.
A cette époque de développement de la voiture
particulière, son arrivée était souhaitée dans les villes, ce qui
s’est traduit par des stationnements gratuits et une multiplication
des voies de circulation. Ce phénomène s’est accéléré au
détriment du tramway.
Puis dans les années 80, suite aux problèmes de
circulation, de stationnement, de pollution, le système de la
voiture personnelle s’est révélé contestable, la liberté
personnelle se faisait au détriment de la liberté collective, la problématique était alors de
réduire le nombre de voiture particulière via le stationnement payant et la réduction des
voies de circulation notamment.
A Nantes on a choisi de réimplanter le tram pour plusieurs raisons. Tout d’abord,
historiquement car la ville avait déjà utilisé ce système auparavant, ensuite parce qu’à
l’époque l’implantation de transport en commun en site propre était fortement
subventionnée par l’Etat, enfin et surtout les avantages du tramway sont nombreux :
■
Economie de consommation d’espace
1 tramway correspond à 3 bus standards, 2 bus articulés, ou 214 voitures particulières.
■
Moyen de transport propre
Etant électrique il entre dans le cadre du développement durable et de la protection de
l’environnement (il récupère notamment 30% de sa consommation au freinage).
■
Peu de nuisances sonores
Il est peu bruyant (78 décibels contre 81 pour une voiture).
■
Une installation simple et moins coûteuse.
Son installation coûte 5 à 6 fois moins chère que l’implantation d’un métro et ne
nécessite pas le creusement de galeries mais seulement le partage de la voirie
existante.
■
Un moyen plébiscité par la population
Il remporte l’adhésion des gens, en effet en 1993, 95% des nantais étaient favorables
au tramway.
■
Une parfaite intégration dans l’espace urbain
Le tram entre parfaitement dans les plans d’urbanisation actuels, il contribue à la fois à
décloisonner certains quartiers et à embellir l’espace urbain.
■
Un transport accessible à tous
Le tramway, grâce au progrès technologique, propose un accès plancher bas intégral,
ce qui facilite le transport pour les personnes âgées, les handicapés, les poussettes,…
12
I.4 - Nantes, un réseau précurseur et toujours
dynamique.
● La mise en service du tramway moderne effectuée en 1985 a suscité, de part sa
réussite, la convoitise des autres villes de France et d’Europe, qui l’ont déjà ou sont en
train de l’adopter. Grenoble (1987), Paris (1992), Strasbourg (1994), Montpellier (2000),
ou encore Rouen et Lyon (2001) l’ont déjà mis en service avec succès puisque dans la
plupart de ces villes le réseau s’étoffe.
Le tram est en projet ou à l’essai dans près d’une dizaine de villes dont Nice, Le Mans ou
Bordeaux.
Bien sûr, il est adapté à chaque réseau, c’est pour cela qu’on voit se développer diverses
technologies :
- Le tram sur rail : tramway circulant sur deux rails, insérés dans la chaussée,
d’un écartement identique à celui du train. Il est
propulsé à l’électricité par l’intermédiaire d’un câble
aérien, la caténaire.
- Le tram sur pneu : véhicule situé entre le
bus et le tramway, monté sur pneumatiques, guidé par
un rail unique encastré dans la voie. Son alimentation
est électrique par caténaire, lors du guidage. Mais elle
peut être couplée à une traction diesel, si l’on veut que
ce tramway fonctionne de façon autonome hors de son
rail (photo : Nancy).
● En chantier, la nouvelle ligne 4 inaugure un nouveau concept de transport en
commun alliant la technologie des nouveaux bus articulés GNV aux particularités du
tramway, c’est-à-dire le site propre. En effet, le BUSWAY s’articulera en direction du
sud, la plupart du temps en site propre (6,7 kms) avec des fréquences rapprochées
(4-5 minutes en heures pleines). Il compte comme avantages d’avoir un moindre coût par
rapport à la mise en place d’une ligne tramway, et une fiabilité plus forte par rapport aux
bus qui se heurtent aux aléas de la circulation.
● Un vaste programme de certification est en cours sur le réseau nantais. Déjà
existante sur 5 lignes en NF Service et sur deux services internes en ISO (le PCC et la
maintenance), la certification est en cours sur près de dix lignes, ainsi que sur les services
Handitan et consommateur (en NF Service).
Ce phénomène est national puisque plusieurs réseaux mettent en œuvre des
certifications similaires. Notamment le réseau lyonnais dès 1998, il compte aujourd’hui
39 lignes de bus et l’ensemble des lignes tram - métro - funiculaire certifiées NF Service.
La certification des lignes porte sur des critères comme :
L'attention portée aux clients : attitude des conducteurs, tenues du personnel, vente de
titres adaptés à chacun.
L'information des voyageurs : dans les véhicules, les agences.
La durée : ponctualité des lignes, temps d'attente dans les agences.
Le confort : propreté, souplesse de conduite, fiabilité des véhicules, disponibilité
d'équipements.
La sécurité : lutte contre la fraude et les autres formes d'incivilité.
L'accessibilité : offerte aux personnes à mobilité réduite notamment.
13
Chapitre II
Le projet : présentation du
tramway Alstom.
14
Mon projet, que je vais détailler dans le chapitre suivant, avait comme support les
composants électroniques des différentes cartes du tramway Alstom. L’analyse de ces
composants m’a amené à avoir connaissance du rôle de ces cartes au sein du système
électrique d’alimentation et de contrôle.
De plus, le stage étant immergé dans le service électronique tramway, j’ai ainsi eu la
possibilité d’apercevoir le fonctionnement du tramway dans sa globalité. La description qui
suit donne le descriptif de chacun des composants électriques du tramway Alstom.
Quelques similitudes peuvent être faites entre les éléments de puissance des deux
générations de tramways, car circulant sur les mêmes lignes, ils ont la même source
d’alimentation. Mais du point de vue de la commande, ils sont très différents. On peut
remarquer l’évolution technologique en observant la morphologie des deux tramways : sur la
génération Bombardier, toute la partie électronique est située en toiture. Le volume est bien
moins conséquent que celle de la génération Alstom où la partie électronique est située sous
châssis.
II.1 - Captation, distribution et retour 750V.
II.1.A – L’alimentation électrique.
La tension d’alimentation est de 750V, elle peut varier de 550V à 900V. Le retour
de courant de traction est assuré par les rails de roulements.
Le pantographe du tramway permet de capter
le courant haute tension (750V) distribué par
la ligne pour l’alimentation :
- des deux moteurs de traction
- du convertisseur statique d’alimentation des
auxiliaires
- des résistances de chauffage
Il transmet également du courant à la ligne
lors des phases de freinage en récupération.
Il se compose des éléments suivants :
- l’archet qui capte le courant. Hauteur de
captation 3.60m à 6.50m. Deux bandes
carbone fixées sur l’archet sont en contact
avec la ligne. Leur longueur est de 1.20m de
façon à assurer un balayage de la caténaire.
Celle-ci est en effet désaxée pour éviter une
usure de la bande carbone toujours au même
endroit.
- un dispositif de barres articulées permet
d’assurer le contact avec la ligne.
- un bâti supporte l’ensemble de ces éléments
et est relié mécaniquement à la caisse par des
isolateurs.
- un moteur électrique de 72 volts assure la montée et la descente du pantographe à partir
de chaque poste de conduite.
15
Afin de simplifier le câblage, la distribution de l’énergie de puissance et de réduire les
débattements de l’archet, le pantographe est installé sur la caisse avant de l’élément, de
telle sorte que l’archet soit approximativement dans l’axe du bogie porteur.
16
II.1.B – Les systèmes de protection.
● Le coupe circuit de ligne CCL assure la protection des câbles d’alimentation HT
depuis le pantographe jusqu’au coffre disjoncteur situé sous caisse.
● Le parafoudre PF assure la protection contre la foudre et les surtensions
accidentelles.
● Le disjoncteur DJ isole automatiquement ou sur commande le circuit de puissance
de la source d’alimentation haute tension. Il est à commande rapide électromagnétique,
dont les performances à l’ouverture ont été améliorées par l’ajout d’une commande
électronique ultra-rapide extérieure. Le disjoncteur possède une bobine à manque de
tension MT qui est excitée dès que les conditions de maintien sont réalisées, et un électroaimant de fermeture F, qui est excité pendant 200ms par l’intermédiaire du relais
temporisé T. Les manœuvres du disjoncteur sont limitées aux seuls cas suivants :
- Mise en service et hors service de la rame
- Déclenchement automatique par action sur la bobine de manque de tension MT.
- Déclenchement automatique par action sur la bobine de déclenchement rapide
EMR depuis les équipements de contrôle hacheur. En cas de défaut constaté par
l’équipement de contrôle hacheur d’un bogie, ce dernier est isolé
automatiquement.
- Déclenchement automatique par maximum de courant.
- Ré-enclenchement automatique du disjoncteur dès la réapparition des conditions
de maintien.
● Le filtre d’entrée est composé d’une self à air LF de 0.5mH et d’un ensemble de
deux condensateurs en parallèle de 2.5mF unitaire. Chaque condensateur est associé à une
résistance de décharge de 5.600 Ω, RDF. Ces résistances permettent de décharger les
condensateurs de filtrage en l’absence d’alimentation. Elles sont calculées pour passer de
900V à 24V en moins d’une minute.
II.2 - Traction, freinage.
Un tramway est formé de deux motrices M1 et M2 et d’une remorque. Chaque motrice
comporte un bogie moteur.
L’alimentation électrique 750V, courant continu venant du pantographe, monté sur la
motrice M1, est appliquée sur le disjoncteur DJ muni de son dispositif de déclenchement
rapide, puis sur le filtre, avant de se partager entre deux branches comprenant hacheur et
moteur identique pour les deux motrices.
Chaque branche moteur est indépendante. Elles sont composées chacune d’un hacheur
principal, d’un moteur de traction et d’un hacheur d’excitation.
Le hacheur principal reçoit ses signaux de commande d’une baie de commande
électronique appelée BCE. La BCE est elle-même pilotée par un signal alternatif disponible
sur une ligne reliant les deux motrices, signal correspondant à la puissance requise de
l’équipement de traction. Ce signal est émis par le manipulateur du conducteur qui passe par
un codeur.
Le circuit d’alimentation du bogie moteur de chacune des motrices est identique et
autonome. Il comprend essentiellement :
- le hacheur de puissance HP et son contacteur d’isolement CL
- le hacheur d’excitation HE et son contacteur d’isolement CHE
- la self de lissage moteur IL
- la résistance de freinage rhéostatique RFR
17
- le moteur de traction à excitation compound M et son inverseur de sens de marche
J20
- les mesures et protections
II.2.A – Le moteur de traction.
Le moteur TAO 679 E1 est un moteur de traction à excitation quadripolaire, avec
pôles de commutation et enroulement de compensation. L’isolement des bobines est de la
classe F pour le stator et H pour le rotor. Le refroidissement est obtenu par un ventilateur
monté sur l’arbre d’induit.
Ces principales caractéristiques sont :
- Régime continu
(tension 750 V – courant 400 A)
- Champ 95%
(vitesse 1690 tr/min – puissance 279 KW)
- Vitesse max en service : 3320 tr/min
- Vitesse d’emballement : 4140 tr/min
- Masse de l’induit : 460 kg
- Masse de la machine nue : 1310 kg
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II.2.B Les hacheurs.
Les hacheurs de puissance.
- tension d’alimentation : compris entre 550 et 950 V
- courant maximum : 550 A
- fréquence de fonctionnement : 600 Hz
Les deux hacheurs d’un même tramway fonctionnent avec un déphasage permanent
de π, ce qui permet de doubler la fréquence vue du filtre : 1200 Hz.
Sur défaut constaté par la logique hacheur, le circuit d’alimentation du bogie moteur est
automatiquement isolé. Les manœuvres des contacteurs d’isolement CL se font à courant
nul après la manœuvre du disjoncteur principal.
Lors du fonctionnement en traction, le
hacheur principal est connecté en série avec
l’induit du moteur et la self de lissage. Cette
commutation est assurée par la commutation
statique traction freinage située dans l’enceinte
hacheur. Sur l’allumage du hacheur principal HP,
la tension est appliquée aux bornes du moteur et le
courant peut circuler à travers HP et le moteur.
Sur l’extinction du hacheur principal le courant
lancé dans le moteur se referme par la diode de
roue libre.
Le hacheur d’excitation.
- tension d’alimentation : comprise entre 550 et 925 V
- courant maximum : 10 A
- fréquence de fonctionnement : 300 Hz
Sur défaut constaté par la logique hacheur, le hacheur d’excitation du bogie en
défaut est automatiquement isolé ; les manœuvres du contacteur d’isolement CHE se font
après la manœuvre du disjoncteur principal.
Lors du fonctionnement en freinage, le
hacheur principal est connecté en parallèle avec
l’induit du moteur et la self de lissage. Cette
commutation est assurée par la transition statique
traction freinage, située dans l’enceinte hacheur.
En freinage, le sens du courant dans
l’enroulement d’excitation séparé ainsi que la
polarité aux bornes du circuit comprenant l’induit
et l’excitation série du moteur sont conservés.
Seul le sens du courant dans l’induit change.
Le freinage électrique par récupération
comme en rhéostatique est efficace depuis la
vitesse maximale jusqu’à environ 6 km/h.
19
II.2.C – Les résistances de freinage rhéostatique.
Les résistances de freinage rhéostatique sont disposées sur la toiture de chacun des
éléments et leur ventilation est naturelle.
Si la ligne n’est pas capable d’accepter l’énergie de freinage, la génératrice débite
dans les résistances de freinage rhéostatique RFR.
Chaque fois que la ligne est susceptible d’utiliser l’énergie, le freinage électrique se
fait uniquement par récupération. Sinon, une fraction de l’énergie est récupérée et le
complément est dissipé dans les résistances. Celles-ci sont prévues pour pouvoir dissiper
toute l’énergie de freinage. Dans ce dernier cas, on est en freinage rhéostatique pur.
20
II.2.D – Les Baies de contrôle électronique (B-C-E)
Chaque motrice M1 et M2 possède une baie de contrôle électronique que l’on
dénomme respectivement BCE1 et BCE2. Les deux BCE ont les mêmes fonctions,
excepté l’horloge qui n’est présente que dans la BCE1.
Une baie de contrôle électronique (BCE) est constituée d’un ensemble de cartes
électroniques. Avec une ou plusieurs de ces cartes, elle intercepte, analyse et transmet les
informations nécessaires aux fonctions permettant la bonne marche du véhicule. Ces
ensembles sont :
- bloc codeur
- bloc anti-patinage et anti-enrayage
- logique hacheur
- commandes de freins
Bloc codeur (BCE1 et BCE2)
La clef de mise en service de la loge de conduite alimente le codeur de la motrice
correspondante et branche la sortie du codeur sur la ligne de train du codeur-manipulateur.
La conduite s’effectue à l’aide d’un manipulateur qui, alimenté par le bloc codeur, délivre
un signal en tension continue. Cette tension est ensuite codée en un signal de courant
alternatif.
Le manipulateur parcourt cinq zones délimitées :
Zone 1 : traction, avec cran intermédiaire correspondant à la vitesse de manœuvre
V=3 km/h
Zone 2 : neutre N
Zone 3 : freinage normal de service FNS
Zone 4 : freinage maximal de service FMS
Zone 5 : freinage d’urgence FU
L’information électrique, transmise en ligne de train, est décodée au niveau de chaque
BCE. Le bloc codeur comprend deux cartes : une carte alimentation et une carte codeur.
Horloge (BCE1)
L’horloge est composée de deux horloges indépendantes, l’une étant en service,
l’autre étant en attente. Elle fournit un signal +/- 15V, 600Hz qui permet la
synchronisation des deux hacheurs de l’unité.
L’horloge comprend 4 cartes :
- 2 cartes alimentation AL +/-15V
- 1 carte horloge HOR
- 1 carte commutation horloge CHO
Bloc anti-patinage – anti-enrayage (BCE1 et BCE2)
Chaque motrice dispose de son bloc anti-patinage - anti-enrayage APAE. Il est
composé des cartes MVB mesures des vitesses bogies et de cartes TVB traitement vitesses
bogie.
L’APAE reçoit 4 informations de vitesse :
- deux provenant de capteurs cotep mesurant la vitesse de rotation :
* du moteur du bogie moteur
* de l’essieu du bogie porteur
- une provenant d’une centrale tachymétrique donnant la vitesse du véhicule
- une provenant de l’autre motrice représentant la vitesse combinée des 2 bogies
porteur et moteur de cette motrice.
21
Logique hacheur (BCE1 et BCE2)
Le rôle de la logique hacheur est de piloter le courant dans le moteur en fonction de
la demande du manipulateur. Les principales fonctions assurées par la logique hacheur
sont :
● Réception des informations extérieures.
3 cartes différentes assurant la réception des informations extérieures :
- une carte IFE interface d’entrée
- une carte AME amplis de mesures
- une carte RECD réceptions diverses
● Traitement des informations extérieures.
▪ Une carte AFF affiche
Elle crée les consignes de courant moteur en traction et en freinage ainsi
qu’une consigne de couple en freinage.
Ces consignes sont fonction :
- De la position du manipulateur
- Des consignes extérieures de vitesse
secours
V=20 km/h
remorquage
V=10 km/h
manœuvre
V=3 km/h
- De la vitesse réelle de l’unité (vitesse tachymétrique)
- De la tension filtre
- Des limitations d’anti-patinage – anti-enrayage
- Des secours en conduite secours (ordre traction secours, freinage
secours)
▪ Une carte LOG logique
Elle donne tous les ordres logiques de traction et de freinage en fonction
des ordres logiques provenant de l’extérieur.
- Ordres d’entrées
- Ordres de sorties
▪ Une carte MCE mesure de couple
Elle fournit :
- La courbe de flux en fonction des ampères-tours et calcule l’effort
électrique
- Les limitations du courant induit
Elle assure l’application du frein d’immobilisation à l’arrêt.
● Régulation et distribution hacheur.
Cette fonction assure la distribution des impulsions d’allumage des thyristors du
hacheur, en fonction de la consigne de courant de traction ou de freinage élaborée
par la carte AFF.
Elle est constituée de 5 cartes :
- 1 carte RG11 et 1 carte RG12 qui pilotent le hacheur principal
- 1 carte RGJ qui pilote le hacheur d’excitation
- 2 cartes allumeur commandant les transformateurs d’impulsion des
thyristors.
● Protection et mise sous tension.
Ce sous ensemble regroupe 3 cartes :
- 1 carte MST qui assure la mise sous tension de la motrice quand toutes les
conditions requises sont présentes.
- 1 carte PUI qui commande une disjonction rapide en cas de défauts
graves, détectés par l’électronique
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- 1 carte PAL qui surveille en permanence les alimentations de la logique
hacheur et interdit le fonctionnement du hacheur si une ou plusieurs
alimentations venaient à disparaître ou à sortir de la fourchette autorisée.
Elle bloque toutes les impulsions d’allumage des thyristors délivrés par la
BCE lors d’une demande d’arrêt hacheur. Elle commande l’ouverture
rapide du disjoncteur lors d’une disparition d’une tension d’alimentation.
● Alimentation.
Deux cartes AL +/-15 V et AL 24,9 V fournissent les tensions nécessaires à la
logique hacheur, à l’APAE (bloc anti-patinage – anti-enrayage).
Ces cartes sont alimentées par le +72 V de la batterie.
● Interface de sortie.
Une carte interface de sortie permet de commander des relais de sortie.
Cette carte commande un relayage qui est situé dans la baie dans un emplacement
situé au-dessus des cartes.
Commande des freins
La commande des freins est un sous-ensemble autonome de conception Faiveley
situé dans chaque BCE. Son rôle est d’amplifier les informations de consigne d’effort
fournies par la logique hacheur pour alimenter les moteurs couples du frein mécanique. Il
est alimenté en 72V et reçoit de la logique hacheur deux informations :
- L’effort de freinage du bogie moteur FMM-R
- L’effort de freinage de l’essieu porteur FMP-R
Anti-enrayage – anti-patinage
Pour conserver en permanence l’adhérence entre les roues et les rails, un équipement
permettant de détecter et de contrôler le patinage et l’enrayage des roues motrices et
l’enrayage des roues porteuses est indispensable.
Chaque bogie moteur est équipé d’une roue phonique placée sur l’arbre moteur et
d’un capteur magnétique. Le traitement du signal du capteur par un dispositif électronique
permet de connaître la vitesse de rotation du moteur, il assure en outre, une détection de
survitesse de ce moteur.
Les bogies porteurs sont équipés du même dispositif mais une roue phonique est
placée sur chaque essieu.
La comparaison de toutes ces vitesses permet de détecter les patinages ou
enrayages pour agir sur les niveaux de traction ou de freinage. Un système de correction
de la détection de patinage permet de tenir compte de l’usure des roues.
Pour améliorer, en cas de besoin, l’adhérence roue/rail, il y a possibilité de sabler au
niveau du premier essieu de chaque bogie moteur dans le sens de la marche. L’éjection du
sable se fait à l’aide d’un moteur électropneumatique, les bacs de sable étant implantés sur
le châssis de bogie.
Une installation d’anti-enrayage et d’anti-patinage est prévue sur chaque bogie
moteur qui est ainsi équipé d’un capteur qui transmet les informations à un récepteur placé
sous châssis.
Dans le cas de l’enrayage, le dispositif commande le délestage du freinage.
Dans le cas du patinage, la traction est délestée.
23
II.3 – La basse tension et les auxiliaires.
L’énergie basse tension utilisée sur l’élément est délivrée par un convertisseur statique
750V/72V (situé en sous-châssis de M1) et une batterie en tampon (implantée en sous-châssis
de M2). Le convertisseur est alimenté sous une tension continue variable de 450 V à 1000 V
prélevée en sortie du filtre traction et il délivre en sortie une tension variable de 72 à 80 V en
fonction de la tension et de la température de la batterie.
24
Deux dispositifs abaissant la tension batterie jusqu’à 24V sont incorporés au
convertisseur mais en sont électriquement indépendants. Ils sont connectés en redondance afin
d’alimenter le réseau basse tension 24 V avec le maximum de sécurité.
Le dispositif d’énergie de servitude est prévu pour alimenter les appareils électriques et
électroniques auxiliaires en énergie basse tension :
- charge de batterie
- éclairage des voyageurs
- liaisons radio
- alimentation des phares, fanaux, etc…
- onduleur de ventilation
- alimentation des circuits de commande des équipements électroniques de puissance
- commande des portes, pantographe, etc…
- freins électromécaniques
- freins électromagnétiques à patins
L’alimentation des auxiliaires est assurée dans les configurations suivantes :
- situation dégradée : absence de tension de ligne750 V
- situation dégradée : dispositif de conversion 750 V/basse tension hors service mais
présence de la tension de ligne 750 V.
II.3.A Les alimentations.
Le convertisseur.
Le convertisseur transforme la tension de ligne 750 V en basse tension BT réservée à
l’alimentation des services auxiliaires, en situation de fonctionnement normal.
Il est connecté d’une partie « puissance » alimentée par la tension ligne 750 V et
d’une partie « commande et contrôle » alimentée à partir de la basse tension. Il délivre une
tension continue asservie aux différents paramètres à prendre en compte pour la charge de
la batterie. En régime transitoire, le convertisseur peut supporter la mise brutale sous la
tension ligne maximale admissible, les coupures brèves et les variations par échelons de la
tension d’alimentation.
Le convertisseur comporte un appareillage de protection contre les défauts externes
et internes et un système à réarmement ne pouvant être utilisé qu’un nombre limité de
fois. Il est équipé d’une électronique de limitation du courant de sortie.
Le convertisseur est inhibé avec signalement de défaut, lorsque la tension de ligne
sort des limites admissibles. Il se réenclenche automatiquement dès que les tensions sont
redevenues normales.
La batterie.
C’est une batterie alcaline cadmium-nickel de 72 V à plaques frittées minces, du
type ouvert, d’utilisation très courante dans le matériel ferroviaire. La batterie est installée
sous le plancher de la motrice M2 dans un coffre. Un débit d’air est assuré, tenant compte
des conditions d’environnement climatiques.
II.3.B – Le dispositif électrique de ventilation.
Les onduleurs.
Les onduleurs se présentent sous la forme d’un bloc implanté en toiture de la motrice 2 et
de la remorque. Les connexions de puissance, de commande et de contrôle sont assurées
par des connecteurs à l’avant. Ils servent uniquement à l’alimentation des moteurs de
ventilation en courant triphasé 57 V 43.7 Hz.
25
L’onduleur statique comprend une partie « puissance » et une partie « commande et
contrôle », alimenté à partir de la « BT » continue. Les variations de la tension d’entrée
sont celles des limites admises par les conditions de fonctionnement de la batterie. Une
régulation électronique permet de maintenir constante la tension de sortie. L’onduleur
comporte un contrôle électronique qui surveille :
- les tensions admissibles : arrêt en dessous de 48 V, redémarrage à 50 V
- les sécurités (fusible, disjoncteur, maximum de courant)
- l’arrêt sur défauts est signalé en cabine de conduite.
Le chauffage et la ventilation.
Le chauffage et la ventilation assurent dans toutes les circonstances une distribution
homogène de l’air extérieur à l’intérieur de l’habitacle.
L’air extérieur d’alimentation de chaque unité est aspiré au niveau du battant de pavillon.
Des filtres protègent le groupe moto-ventilateur.
Chaque unité alimente un réseau de gaines de diffusion situées au-dessus du
garnissage de plafond (résille) qui distribue l’air sur toute la longueur de l’élément. Il y a
deux ventilateurs pour chaque salle voyageurs et un ventilateur pour chaque cabine.
Les ventilateurs sont alimentés, en triphasé 57 V 43.7 Hz, par deux onduleurs situés
en toiture M2 et en toiture remorque. Chaque onduleur est alimenté en BT et délivre la
tension triphasée de sortie 57 V-43,7 Hz. Leur fonctionnement est contrôlé dans chaque
voiture par un relais. A chaque ventilateur est associée une résistance de chauffage
alimentée en HT 750 V.
La régulation chauffage-ventilation des salles voyageurs est obtenue par un
régulateur (situé dans l’armoire de loge de M2) alimenté en BT 72 V, qui, par
l’intermédiaire de sondes, détermine le paramètre de régulation et commande le chauffage
si nécessaire et la position que les volets doivent prendre pour régler la proportion air neuf
– air recyclé.
Les ventilateurs sont eux alimentés en permanence dès la mise en service du
tramway.
II.4 – La tachymétrie.
L’installation tachymétrique permet :
- de mesurer la vitesse de l’élément.
- la détection des seuils de vitesse servant aux systèmes de commande et de contrôle
des équipements.
- l’enregistrement sur un enregistreur de fin de parcours de la vitesse, du temps, du
freinage d’urgence
- de commander les compteurs kilométriques et horaires.
La centrale tachymétrique (CT) réalise le traitement des informations provenant du
dispositif de mesure de la vitesse et délivre les ordres :
- de détection des seuils de vitesse par l’intermédiaire des contacts de relais
- de la commande à distance de l’enregistreur de fin de parcours et des indicateurs de
vitesse (les compteurs kilométriques sont également commandés à partir de la
centrale).
Les indications servant à la commande et au contrôle des équipements de l’élément
permettant de réaliser le bon fonctionnement de ces derniers.
Les sécurités et la protection du matériel sont donc réalisées quelle que soit la nature de
la panne enregistrée par la centrale tachymétrique.
26
Chapitre III
Le projet : L’obsolescence
des composants.
27
Le sujet de mon stage a été de résoudre le problème de l’obsolescence des composants
électroniques dans les différentes cartes qui composent le tramway Alstom. Sur la
présentation du tramway, nous avons pu voir qu’il y a quatre systèmes électroniques : les
cartes qui constituent la partie commande : la BCE ; celles pour la centrale
tachymétrique (CT) ; celles pour la commande des freins et celles pour la partie alimentation :
le CVS.
Comme on peut le voir sur le
graphique, il existe aujourd’hui une
incompatibilité entre la durée de
fonctionnement d’un équipement qui
est de plusieurs années, voire plusieurs
dizaines d’années, et la disponibilité
des composants électroniques utilisés
qui est de plus en plus brève.
La durée de vie commerciale des composants électroniques a fortement diminuée, en
passant de 20-25 ans en 1960 à quelques années, aujourd’hui.
Comme nous l’avons dit dans le premier chapitre, les tramways Alstom ont été mis en
service en 1985. Les cartes ayant été conçues environ 2-3 années auparavant, les tramways
utilisent donc les technologies du début des années 1980. Il y a donc un problème de
vieillissement des technologies. La politique de l’entreprise SEMITAN étant d’exploiter les
tramways Alstom encore une vingtaine d’années, il m’a fallu proposer des solutions viables
pour résoudre ce problème.
Mon stage s’est déroulé en quatre parties :
- une première pour l’inventoriage des composants
- une seconde où j’identifiais leur statut.
- une troisième pour proposer des composants de substitution pour ceux obsolètes ou
en voie d’obsolescence.
- une dernière afin de trouver des fournisseurs potentiels aux composants obsolètes ou
en voie d’obsolescence dans le but de constituer un stock de fin de vie.
III.1 – Le statut des composants électroniques.
III.1.A – Une phase d’inventoriage.
Durant les 2-3 premiers jours, mon travail a été de faire l’inventaire des composants
électroniques des 4 systèmes : la BCE, la CT, le CVS et le Frein. Cataloguer permet de
faire la liste de tous les composants présents, mais aussi de savoir le nombre exact de
composant sur chaque tramway et sur tout le parc tramway. Il existait déjà la liste des
composants sur papier, il n’y avait plus qu’à les transférer dans un fichier Excel.
Il y a ainsi 4 fichiers Excel.
Chaque fichier comprend un
nombre de feuille égal au nombre de carte du système.
Ainsi, sur la centrale tachymétrique, il y a 9 cartes électronique.
28
Chaque
feuille
informe sur le
moindre
composant que la
carte
contient :
elle indique son
type, s’il s’agit
d’une diode, d’un
transistor… ; son
repère : pour le
situer sur la carte
à l’aide d’un plan
ou à l’aide des
numéros sur la
carte directement ;
son type : il s’agit
de la référence du
composant ;
la
quantité cumulée du composant ; sa valeur, sa tension et une observation s’il y a.
Une dernière feuille vient s’ajouter aux précédentes : celle qui fait la synthèse de toutes les
cartes de chaque système.
Il s’agit tout simplement d’un tableau croisé dynamique, option de Excel qui permet cette
synthèse. La particularité étant qu’il est aisément modulable par la suite : si l’on modifie une
donné sur une carte, il n’y a plus qu’à actualiser le tableau pour rafraîchir les données.
Voici le total pour la carte Frein. Elle ne comporte que 32
références de composants. Les autres cartes contiennent
beaucoup plus de références, jusqu’à 114 pour la BCE.
La première colonne est utilisé pour les liens hypertexte
des documentations techniques de chaque composant : en
effet, on ne peut mettre directement de lien au référence :
étant des données dynamiques, ils ne peuvent être
raccorder à des liens statiques.
La seconde colonne renseigne sur les références des
composants.
La troisième fait le cumul de tous les mêmes composants
sur l’ensemble des cartes.
La dernière indique sur le nombre de chaque composant
sur le parc entier.
L’inventaire n’a d’abord concerné que les transistors, les
circuits intégrés, les transformateurs, les thyristors et les
relais.
Il a été par la suite élargit pour y incorporer les diodes.
Les résistances et les condensateurs n’ayant pas été
29
traités.
III.1.B – Le principe de l’obsolescence.
Un composant est considéré obsolète quand sa référence commerciale n’est plus
disponible à l’achat chez le fabricant. Concrètement cela signifie que la référence
commerciale du composant n’apparaît plus dans la liste des prix du fabricant.
L’obsolescence d’un composant se caractérise donc par le passage d’un état de
disponibilité à l’achat vers un état d’indisponibilité à l’achat de la référence commerciale
du composant chez le fabricant, et ceci sur une période connue.
Les natures et les causes des obsolescences sont multiples et diverses :
Nature de l’obsolescence
Cause
* Arrêt de fabrication :
- pas d’industrialisation du composant
- rendement trop faible
- rupture d’approvisionnement des matières premières
- obsolescence de l’outil de fabrication
- abandon de la technologie
* Arrêt de commercialisation :
- rentabilité
- définitive ou temporaire
- intentionnelle ou involontaire
- partielle ou totale
- officielle ou inavouée
* Commercialisation restrictive :
- embargo
- allocation
- licence export
* Commercialisation dissuasive :
- prix de vente élevé
- délai de livraison trop long
- quantité imposée prohibitive
- évolution des spécifications et/ou des performances
* Obsolescence d’un outil associé au composant
(logiciel, outillage…)
30
La gestion du problème.
Le principe de la gestion de l’obsolescence des composants se résume au schéma
suivant :
Le management de l’obsolescence requiert la définition d’une stratégie de
pérennisation du système et des équipements afin d’encadrer le traitement préventif ou
curatif des obsolescences.
Le management de l’obsolescence présente deux aspects :
- un aspect préventif qui s’inscrit dans une approche descendante depuis la
spécification du système jusqu’au choix des composants en passant par la
spécification et la conception des sous-ensembles, afin de minimiser et surveiller
les risques.
- un aspect curatif pour traiter les obsolescences avérées. Il s’inscrit dans une
approche ascendante depuis la détection de l’obsolescence jusqu’à la validation
technico-économique de la solution au niveau système : des solutions de traitement
dont le choix se fait sur des critères technico-économiques, que ce soit dans le
volet préventif ou dans le volet curatif.
Les acteurs et leur responsabilité.
Les acteurs intervenant dans le management de l’obsolescence sont multiples et
leurs domaines de responsabilité sont très variés :
- le maître d’œuvre garantit le respect des exigences contractuelles vis à vis du
maître d’ouvrage. A ce titre, il s’engage sur la durabilité du système dans le cadre
des conditions contractuelles de quantité et de durée de la production.
- l’équipementier responsable de la définition d’un équipement est totalement
responsable des choix des composants, il est ainsi amené à assumer auprès du
maître d’œuvre les conséquences des obsolescences de composants, mais cette
responsabilité ne peut s’inscrire que dans le cadre des conditions contractuelles de
quantité et de durée de la production.
III.1.C – La directive RoHS.
Bien que les consommateurs soient de plus en plus sensibles aux produits
respectueux de l'environnement, aucun dispositif légal n'encadrait jusqu'à présent l’aspect
31
environnemental de la production des équipements électriques et électroniques.
Avec l'apparition de produits électriques et électroniques d'une durée de vie de plus en
plus courte, il devenait urgent de légiférer dans ce domaine. Ainsi, à partir du 1er juillet
2006, la directive européenne RoHS (Restriction of Hazardous Substances) interdira le
plomb et certaines autres substances dans les équipements électroniques. Cette date a été
fixée et, pour un industriel, ne pas s'y conformer peut se traduire par des conséquences
pénibles sur ses activités et ses méthodes de travail. Ainsi, durant la recherche du statut
des composants, j’ai dû tenir compte de cette réglementation.
Les constructeurs d'équipements
électroniques qui n'auront pas migré à
temps d'un process bien établi, utilisant
du plomb dans les terminaisons, les
conducteurs et les pâtes à braser, vers un
process exempt de plomb, le risque
potentiel est la restriction du nombre des
marchés. On imagine sans peine les
conséquences
catastrophiques
susceptibles d'en résulter.
Les fabricants de composants, de
pâtes à braser et de cartes électroniques
sont confrontés à la pression de leurs
clients - les constructeurs d'équipements - afin qu'ils leur fournissent des produits
conformes à la réglementation ainsi que le support technique pour les implanter dans leurs
conceptions.
Heureusement, dans l'industrie des composants passifs, nombre de fabricants
disposent déjà d'un catalogue de produits sans plomb prêts à être livrés. Ils sont dès lors
aptes à offrir un support technique et logistique pour aider leurs clients dans la mise en
œuvre de ces produits conformes à la future réglementation.
En même temps que la directive RoHS, la directive DEEE (Déchets d’Equipements
Electriques et Electronique) a été votée. Elle concerne le recyclage de ces équipements.
Elle favorise la réutilisation, le recyclage et les autres formes de valorisation afin de
réduire la quantité de déchet à éliminer.
L'industrie du composant passif : un faible utilisateur de plomb
La présence du plomb dans les composants passifs est devenue un gros souci
politique et environnemental. Avec quelque 3 millions de kilogrammes par an (soit 0,05 %
du plomb total utilisé), l'industrie des composants reste un maigre utilisateur de plomb.
Cependant, il s'agit là d'un secteur dans lequel la technologie permet d'éradiquer un tel
matériau. En réalité, 75 % environ (soit 4,5 millions de tonnes) de tout le volume de
plomb utilisé aujourd'hui se trouve dans les accumulateurs, et essentiellement dans les
accumulateurs de voitures. Malheureusement, une solution de remplacement viable
n'existe pas dans ce domaine à ce jour.
Une réglementation sans plomb ne se profile aujourd'hui qu'à l'horizon européen. Vu
la globalisation des activités, elle a néanmoins un impact sur le plan mondial. D’ailleurs,
les préférences des consommateurs japonais en faveur des produits « verts » ont déjà
entraîné de nombreuses entreprises à mettre en place des stratégies d'élimination du plomb
qui s'inscrivent largement dans les délais imposés par la directive européenne. Les EtatsUnis sont également entraînés dans ce mouvement du fait des avantages commerciaux
prévisibles que leur conférera une offre de produits sans plomb. Mais pour le moment,
aucun cadre légal semblable aux directives RoHS et DEEE n'existe dans ce pays.
32
Toutefois, l'Etat de Californie a annoncé qu'il adaptera sa législation aux directives
européennes dans les délais fixés par la Commission.
Mais le plomb ne sera pas le seul matériau proscrit, ou d'utilisation limitée, par la
réglementation européenne. Le mercure (Hg), le chrome hexavalent (Cr VI), le cadmium
(Cd) notamment présent dans les contacts de relais et de connecteurs, et les retardateurs de
flammes à base de brome (PBB et PBDE) sont également visés. Ainsi, bien que le terme
« sans plomb » soit d'usage, l'élimination ou la limitation de ce seul matériau dans les
équipements électroniques ou électriques n'est pas une condition suffisante pour les rendre
conformes RoHS.
Beaucoup d'informations sont disponibles sur les composants et les process sans
plomb, en particulier sur les sites Internet des fabricants de composants et d'équipements
de brasage. Il est en effet dans leur intérêt de fournir le meilleur support possible à leurs
clients afin de sauvegarder leurs relations commerciales pendant la phase de migration
vers le sans plomb (ceci bien évidemment s'ils sont en mesure d'offrir des solutions de
remplacement viables).
Des composants conformes bien avant la date fatidique
Tous les process sans plomb doivent
être finalisés d'ici juillet 2006. Pour les
fabricants de composants passifs, il est
donc important de disposer d'un catalogue
de composants sans plomb bien avant cette
date fatidique. Ceci afin de permettre aux
utilisateurs d'effectuer leurs tests, d'épurer
leurs stocks et de commander les produits
de remplacement nécessaires pour leurs
listes d'approvisionnement.
Beaucoup de fabricants de composants vont faire des efforts pour continuer à
répondre aux demandes concernant des produits non conformes à la réglementation sans
plomb. La politique est cependant d'encourager activement les clients à migrer vers le sans
plomb. En réalité, la demande de composant contenant du plomb s'estompant peu à peu
dans le temps entraînera une hausse continuelle de leurs prix, ainsi que des difficultés
d'approvisionnement : ainsi, les composants présent sur les cartes du tram et toujours
produit mais n’ayant pas d’équivalent RoHS ont été considérés comme en voie
d’obsolescence. En effet, le stage se déroulant les deux mois précédents la mise en
application de la directive, on peut supposer que l’entreprise qui produit ce genre de
composant et qui respecte le traité dans d’autre composant, n’a pas eu l’objectif d’investir
dans sa mise à niveau.
Le composant sans plomb sera-t-il plus onéreux ?
Le coût des composants sans plomb ne devrait pas être plus élevé que celui des
composants non conformes auxquels ils se substitueront. Cependant, comme cela a
toujours été le cas avec les composants électroniques, toute variation de coût au niveau
des matériaux de base utilisés pour les réaliser peut avoir pour conséquence des évolutions
de prix pour les utilisateurs finals.
Sur un marché fortement compétitif, la balle est dans le camp des concepteurs et des
fabricants de composants passifs pour qu'ils utilisent leur savoir-faire spécifique et les
process les plus efficaces. La finalité est d'aider les clients à mettre en œuvre les plus
récentes technologies au meilleur prix.
Au niveau de la conception d'un équipement électronique, le remplacement de
composants passifs contenant du plomb par des équivalents sans plomb n'entraîne pas de
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problème majeur. Les domaines sensibles sont plus généralement en rapport avec les
modifications effectuées dans les process de brasage, et dans la conception des
composants eux-mêmes.
Quant au composant passif lui-même, l'étain est la principale alternative au plomb,
au niveau des terminaisons du composant. Son utilisation est toutefois à l'origine d'un effet
indésirable appelé « tin whiskers » (ou « moustaches » d'étain). Ces formations favorisant
les courts-circuits sont remédiables par différentes opérations.
III.1.D – L’élaboration d’une procédure.
Après quelques jours à consulter des sites Internet, grâce à une recherche empirique,
j’ai réussi à mettre en place une procédure dans le but de connaître le statut d’un
composant. Le statut des composants est indiqué sur le total dans chaque fichier Excel. Il
y a trois catégories représentées par des couleurs affectées aux références : du vert pour
les composants toujours produit, du orange pour les composants en voie d’obsolescence et
du rouge pour les composants obsolètes.
Afin de savoir la situation de chacun, il faut tout d’abord connaître le(s) fabricant(s)
de la référence en question. Le plus simple est de consulter sa documentation technique.
Sur Internet, il existe trois sites gratuits et tous complémentaires :
Les sites indiquent tous les fabricants qui ont un jour produit la référence en question.
Ces sites fournissent les documentations techniques de tous les composants, qu’ils soient
toujours produits ou bien obsolètes. Si le composant est obsolète depuis longtemps et qu’il
n’existe plus de documentation, le site datasheetarchive.com propose les résultats de tests
effectués sur ce composant sous la forme d’une page Internet qui présente uniquement les
caractéristiques mécaniques et électriques les plus importantes. Ce minimum d’information
représente l’essentiel pour pouvoir trouver un équivalent.
Il arrive que les documentations indiquent le statut ou la situation vis-à-vis de la
directive, soit les deux comme les data sheet de Texas Instrument :
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Afin d’acquérir le statut de la référence sur son statut et sur sa conformité RoHS, il
faut aller se renseigner sur les sites Internet des fabricants. La majorité fournit cette
information sur leur site :
Les fabricants classent leur composants suivants plusieurs statuts :
- Active : le produit est recommandé pour les nouvelles conceptions,
- Lifebuy : le fabricant annonce l’arrêt futur de la production et active une phase de
stockage de fin de vie,
- NRND : ‘Not Recommended for New Design’ ; la référence est produite pour
soutenir les clients existants, mais le fabricant recommande de ne pas l’employer
dans une nouvelle conception,
- Preview : la référence a été annoncé mais n’est pas en production. Les
échantillons peuvent ou ne peuvent pas être disponibles.
- Obsolete : le fabricant ne produit plus la référence.
Une autre méthode consiste à aller se renseigner chez les fournisseurs qui sont en
contact direct avec les fabricants. Farnell et Radiospares, par exemple indiquent parfois le
statut des composants ainsi que leur conformité ou leur non-conformité envers la directive
RoHS.
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Le statut des composants a été réalisé suivant des critères :
- Les composants qui ont le statut obsolète ne sont pas conforme RoHS.
- Les composants non-conforme mais toujours produits sont considérés comme
composants en voie d’obsolescence.
- Les composants qui disposent d’une mise à niveau pour la conformité RoHS et
qui sont accompagnés d’une référence complétée par un suffixe indiquant cette
conformité ont été considéré comme toujours produit par le fabricant.
III.2 – Le remplacement des composants.
La partie la plus importante du stage a été la recherche de référence actuellement
produite susceptible de remplacer les composants obsolètes ou en voie d’obsolescence. Les
nouveaux composants doivent être en concordance avec les anciens tant au niveau des boîtiers
qu’au niveau des caractéristiques techniques.
L’objectif était de rechercher un nouveau composant où son intégration sur la carte ne
puisse engendrer aucun désagrément par rapport au rôle de l’ancien composant mais aussi sur
ceux des composants existants sur la carte. Si la recherche n’aboutissait pas sur quelque chose
de viable, une autre investigation était faite pour trouver une solution qui en général
aboutissait à la nécessité de re-concevoir localement la carte.
III.2.A – Des contraintes à respecter.
Les Boîtiers (packages).
La première condition est que la nouvelle référence puisse remplacer l’ancienne au
niveau physique. D’une part cela veut dire qu’il faut que les empreintes du composant en
question correspondent aux perçages déjà existant sur les cartes, mais cela expose aussi le
problème des dimensions à respecter.
● Les circuits logiques.
Pour les circuits logiques, le type de boîtiers est indiqué par le suffixe de la
référence.
Sur le tramway,
seuls les composants
en céramique de type
DIP sont présents
pour les CI. Sauf pour
les microprocesseurs
qui sont en plastique.
Leurs propriétés liées
à la structure du
matériau
et
aux
possibilités
de
transformation de ces
propriétés par en
particulier
des
substitutions qui sont
le
plus
souvent
exploitées, de même
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que la possibilité offerte par la technologie céramique de réaliser des microstructures
complexes formées éventuellement de l’assemblage de matériaux distincts.
Malheureusement, cette technologie est de moins en moins utilisée par les
fabricants. Les références utilisant des boîtiers en céramique porte le suffixe ‘J’. La SNCF
nous a informé que les boîtiers en plastique remplaçaient convenablement ceux en
céramique.
En
effet,
comme on peut
l’observer sur cette
documentation
mécanique, les deux
types de boîtiers
sont
similaires.
L’utilisation
des
boîtiers plastiques
est réservée à des
applications
en
dessous de 5 GHz.
Leur
principal
intérêt reste leur
faible
prix
de
revient.
Ces
composants portent
le suffixe ‘P’ ou ‘N’
à leur référence.
Certains composants, en particulier les
comparateurs, sont parfois accompagnés de
boîtiers métalliques avec 8 pattes placées
circulairement. Ces références, caractérisées par le
suffixe ‘H’, peut remplacer facilement les boîtiers
du type DIP8 : on peut par exemple rajouter un
support qui permet d’aligner les pattes pour
qu’elles puissent s’ajuster dans les empreintes
d’un type DIP. Le contraire est aussi possible : ce
type de boîtier est utilisé dans les cartes du
tramway. Si on veut remplacer ce composant par
un autre du type DIP8, il suffit d’enlever le
support. L’entreprise National Semi par exemple,
fournit cette possibilité de boîtier sur presque tous
ses composants présents en catalogue.
Les boîtiers de la famille des SOP, QUAD, ARRAY, LCC et CSP ne sont pas utilisés sur
les cartes du tramway. N’ayant pas la même morphologie, les composants qui les utilisent
ne peuvent pas être utilisés comme élément de substitution.
37
● Les diodes.
Les boîtiers des diodes n’ont pas posé de problème majeur : même s’il y en a
beaucoup de différent, leur morphologie et surtout leurs dimensions sont proportionnelles
à leurs caractéristiques électrique. En effet, la taille du boîtier
et le diamètre des fils dépendent principalement de l’intensité
directe maximum. Le remplacement ne pose pas de problème
au niveau du boîtier, cela est dû à la simplicité du
composant : une anode et une cathode. Les diodes utilisées
ont pratiquement toutes le préfixe ‘DO’ au nom de leur
boîtier.
Les diodes redresseuses ou de commutations ont souvent ces
aspects-là.
Les diodes redresseuses de puissances sont
parfois à vis. Leur diamètre plus
conséquent est nécessaire à la puissance qui
les traverse.
Il existe de nouveaux boîtiers pour diode qui
ont l’aspect parallélépipédique, mais les
empreintes ne correspondent pas à celles
d’une diode de type ‘DO’. Or les systèmes
électroniques du tramway ne comportent
aucune diode de ce type. Ainsi, les
composants qui utilisent ce genre de boîtiers
ne peuvent être une solution pour le
remplacement.
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Concernant les LEDs, même s’il existe de nombreux modèles
différents, le plus courant reste celui du schéma ci-contre.
Etant très abondant, les boîtiers pour les LEDs ne posent pas de
problème.
● Les transistors.
Concernant les transistors, on
retrouve trois types de boîtiers.
Chacun est présent suivant la
puissance que le transistor doit
supporter. Pour les faibles
puissances, on optera pour le
composant à gauche et pour les
fortes puissances, les deux
modèles du haut. Leur boîtier ne
pose aucun problème pour leur
remplacement car en règle
général, les fabricants proposent
plusieurs types de boîtiers pour le
même transistor. De plus, le type de boîtier est comme adapté à la puissance que le
transistor contrôle. Ainsi, il est aisé de trouver un équivalent avec le même type de boîtier.
39
Les plages de Températures.
Deux contraintes sont à respecter en ce qui concerne les paramètres thermiques. La
première est la température de stockage. Généralement, la plage de température que le
composant ne doit pas dépasser lorsqu’il n’est pas sous tension ne varie que très peu d’un
composant à un autre. La plage va ainsi d’environ –60°C à +150°C. Cette contrainte n’a
ainsi pas posé de problèmes majeurs étant donné que les composants du tramway n’ont
pas l’occasion d’être soumis à des températures externes à cette plage.
La deuxième contrainte est la température de fonctionnement. Elle est très
importante car c’est elle qui indique la capacité d’un composant à remplir sa fonction dans
les conditions de température du domaine ferroviaire : d’une part la température ambiante
influe de manière conséquente sur les caractéristiques électriques du composant, et d’une
autre part, le composant du tramway doit pouvoir travailler avec des températures
extérieures de toutes les saisons. Cela inclut les températures négatives.
On peut diviser le problème en deux :
- Les composants passifs ont des gammes de température bien définis : ils vont de
–55°C à 70°C pour le domaine commercial, jusqu’à 85°C pour le domaine
industriel et jusqu’à 125°C pour le domaine militaire. Ainsi, pour ces composants,
prendre des composants de substitution appartenant à n’importe lequel de ces
domaines était possible.
- Les composants actifs possèdent des gammes de température qui vont de 0°C à
70°C et de –55°C à 125°C. Ainsi, le remplacement des CI posait le plus de
problème.
En ce qui concerne les CI, comme nous l’avons déjà indiqué dans la partie sur les
boîtiers, la majorité de leurs références proviennent de Texas Instrument.
Malheureusement, la politique de cette entreprise pose problème quant à leur gamme de
température. En effet, la majorité des CI de TI commencent par ‘SN54’. Or, ces préfixes
caractérisent les composants destinés aux opérations militaires allant de –55°C à 125°C. Il
se trouve que ces références sont soit obsolètes, soit en voie d’obsolescence. L’entreprise
propose des composants similaires qui ont les mêmes caractéristiques électriques et la
même fonction que ceux actuellement présent sur les cartes électriques, ils ont comme
préfixe ‘SN74’ mais ont une plage de travail de 0°C à 70°C. Cette solution était
considérée comme une solution de dernier recours s’il n’y avait pas chez d’autres
fabricants de CI comme Philips ou Fairchild, des composants de substitution pouvant
fonctionner avec des températures négatives. Il se posait ici la question de l’aptitude d’une
carte à fonctionner si on changeait le fabricant d’origine des circuits logiques.
La conformité RoHS.
Le facteur de la conformité RoHS est une donnée importante
à respecter pour le remplacement des composants. En effet, on peut
considérer qu’un composant aujourd’hui produit mais n’étant pas
conforme sera bientôt supprimé du marché s’il n’est pas mis à
niveau. Ainsi, les propositions de composants de remplacement
que je faisais étaient toujours conforme RoHS. Mais s’il existait un
composant répondant mieux aux attentes mais n’étant pas conforme, il était noté en
remarque.
40
Certains composants obsolètes ou en voie d’obsolescence pouvaient être tout
simplement dans cette situation car leur fabricant les rendait conforme à la directive et
ajoutait un suffixe à leur référence pour l’indiquer.
Ainsi, c’est le cas pour Analog Devices qui rajoute un ‘Z’ à ces
références. Certains, comme On semi ou ST Microelectronics y rajoutent
un ‘G’. D’autres, comme International Rectifier, complètent leur
référence par un ‘PBF’ qui signifie qu’il n’a pas de plomb (Pb) : « Pb free ».
III.2.B – Mise en place d’une méthodologie.
Pour les composants obsolètes ou en voie d’obsolescence n’ayant pas de simple mise
à niveau pour répondre à la directive RoHS, il a fallu créer une procédure afin de trouver
des références de remplacement.
Afin d’obtenir ces informations, deux grands domaines peuvent être consultés :
- les sites des fabricants
- les sites des fournisseurs.
La première phase de la recherche est la consultation de la documentation technique
du composant pour collecter les informations techniques et mécaniques importantes.
Pour la recherche avec les sites des fabricants, l’ancien producteur de la référence à
remplacer peut indiquer un composant de substitution. Malheureusement, leur site en
propose rarement, et quand c’est le cas, il avance une référence très aléatoire.
Chaque grand fabricant produit des types de composants bien déterminés : ST
Microelectronics ou On semi par exemple fabriquent entre autre des transistors, ainsi, si
on cherche un transistor, on peut consulter leur site qui proposent parfois de bons
composants de compensation.
La recherche avec les sites des fournisseurs est plus aisée : en particulier avec
Farnell qui propose un moteur de recherche avec des familles et des catégories :
Leur système permet de chercher un composant suivant les critères que l’on veut.
Leur moteur affine les résultats jusqu’à trouver un article potentiellement compatible.
Même si ce système de recherche est utilisé par certain fabricant, passer par ce fournisseur
permet de consulter une partie des catalogues de beaucoup de fabricants. De plus, les
fabricants ne fournissent jamais en petite quantité : les commandes ne se font en général
que par les fournisseurs.
Une autre possibilité si le composant à remplacer est un composant spécial est
d’appeler le fabricant pour lui demander conseil.
Des nouvelles colonnes sont rajoutés au quatre bilans Excel précédent : une pour le
composant proposé si le composant présent est en voie d’obsolescence ou s’il est obsolète,
une colonne qui indique un fabricant du composant viable donc soit le composant
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proposé, soit le composant toujours produit. Une colonne qui indique le degré de
similitude entre les composants des cartes et les composants proposés. Et une dernière
pour les remarques et observations éventuelles. A chaque nouveau composant est ajouté sa
documentation technique en lien hypertexte pour une lecture plus facile.
III.2.C – Les diodes et les transistors
Afin de pouvoir trouver des composants de substitution aux diodes et aux transistors,
il m’a fallu connaître la codification des références pour ces composants.
Les trois principaux codes de marquage sont :
- Joint Electron Device Engineering Council (JEDEC)
- Japanese Industrial Standard (JIS)
- Pro-Electron
JEDEC
Cette codification prend la forme : [chiffre] [lettre] [numéro de série] [suffixe]
Exemple : 2N2222A
La lettre est toujours N, le chiffre est égal au nombre de broches moins un (2 pour
les transistors quoique les transistors à 4 broches comme les dual gate mosfets soient aussi
codés 2...) et exception faite pour 4N et 5N qui sont réservés pour les optocoupleurs. De
manière plus stricte, ce chiffre correspond au nombre de jonctions dont dispose le circuit.
Le numéro de série compris entre 100 et 9999 ne signifie rien de particulier si ce n’est une
idée de la date d’introduction du circuit. Le suffixe (optionnel) indique le groupe de gain
(hfe) du circuit :
A = Faible gain ; B = Gain moyen ; C = Gain élevé
L’absence de suffixe signifie un gain quelconque.
JIS
Cette codification se retrouve sur les transistors japonais et prend la forme : [chiffre]
[deux lettres] [numéro de série] [suffixe]
Exemple : 2SC1947
De la même manière que pour JEDEC, le chiffre est égal au nombre de broches
moins un. Les lettres indiquent le champ d’application du circuit en fonction de la
codification ci-dessous :
SA : Transistor PNP HF ; SB : Transistor PNP AF ; SC : Transistor NPN HF ;
SD : Transistor NPN AF ; SE : Diodes ; SF : Thyristors ; SG : Gunn ;
SH : UJT - Unijonction ; SJ : P-channel FET/MOSFET ; SK : N-channel FET/MOSFET
SM : Triac ; SQ : LED ; SR : Rectifier ; SS : Diodes Signal ; ST : Diodes Avalanche
SV : Varicaps ; SZ : Diodes Zener
Le numéro de série a la même utilité que celui des JEDEC. Le suffixe (optionnel)
indique que le type est approuvé par différentes organisations Japonaises.
Remarque : Du fait que le premier chiffre des transistors commence toujours par 2 suivi
du S, ces deux premiers caractères sont souvent "oubliés" sur le marquage du boîtier, par
exemple un 2SC733 sera marqué C733.
Pro-electron
Cette codification prend la forme : [deux lettres] [une lettre] [numéro de série]
[suffixe]
Exemple : BC557B
La première des deux lettres indique le matériau :
A = Germanium ; B = Silicium ; C = Arséniure de Gallium ; R = Matériau composé
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La deuxième lettre indique le champ d’application du circuit :
A : Diode, RF ; B : Varicap ; C : Transistor, AF, faible signal ;
D : Transistor, AF, puissance ; E : Diode Tunnel ; F : Transistor, HF, faible signal
K : Circuit Effet Hall ; L : Transistor, HF, puissance ; N : Optocoupleur
P : Circuit sensible aux radiations ; Q : Circuit produisant des radiations
R : Thyristor, Faible puissance ; T : Thyristor, Puissance
U : Transistor, puissance, commutation ; Y : Rectifieur
Z : Diode Zener, Diode régulatrice de tension
La troisième lettre indique que le circuit est plutôt destiné à un usage industriel ou
professionnel qu’à un usage domestique. Il s’agit souvent des lettres W, X, Y ou Z.
Le numéro de série a la même utilité que les autres codes de marquage.
Le suffixe (optionnel) indique le groupe de gain comme pour les JEDEC exemples :
BC108A, BAW68, BF239, BFY51, BC547B etc…
A l’exception de JEDEC, les fabricants aux normes JIS et Pro-electron introduisent
souvent leurs propres types pour des raisons commerciales (par exemple afin de placer
leur nom dans la référence du circuit). Les préfixes de marque les plus communs sont :
-MJ : Motorola, puissance boîtier métal
-MJE : Motorola, puissance boîtier plastique
-MPS : Motorola faible puissance boîtier plastique
-MRF : Motorola transistors HF, VHF et micro-ondes
-TIP : Texas Instruments transistor de puissance boîtier plastique
-TIPL : Texas Instruments transistor de puissance planar
-TIS : Texas Instruments transistor faible signal boîtier plastique
-ZT, ZTX : Ferranti
Les diodes
Afin de pouvoir remplacer la référence d’une diode, il faut voir ses caractéristiques
électriques. Une diode est caractérisée par :
- IO, IF ou IFAV (Average Forward current), courant moyen direct qu’elle peut
écouler
- IF RMS (RMS Forward current), courant efficace direct qu’elle peut écouler
- IFM ou IFPM (Forward Peak current), courant de pointe répétitif admissible
- IFSM (Forward Surge non repetitive Maximal current), courant de pointe non
répétitif admissible
- VRRM (Repetitive Reverse Maximal voltage), tension inverse de pointe répétitive
- VFM (Forward Maximal voltage), valeur maximale de la chute de tension à l’état
passant.
Commutation à la fermeture :
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Si le courant dans la diode s’installe avec un fort di/dt, la tension directe aux bornes de la
diode présente une pointe VFP (Peak Forward voltage). Cette pointe est d’autant plus
grande que la tension de blocage est élevée et que la commutation au blocage est rapide.
Commutation à l’ouverture :
Le IRM étant atteint, la tension s’établit aux bornes de la diode et le courant dans la
diode passe de IRM à zéro plus ou moins rapidement selon le type de diodes. En cas de fort
dir/dt, on peut observer une surtension aux bornes de la diode à cause des diverses
inductances de ligne qui n’ont pas pu être découplées.
La commutation au blocage est caractérisé par :
-trr (Reverse Recovery Time), durée entre le passage du courant par zéro et son
retour à 0,25 IRM.
-tri/tr (soft recovery ratio), facteur de douceur
-Qr, quantité d’électricité correspondant au courant inverse pendant ce transitoire.
Afin de sélectionner une diode, il a fallu respecter les grandeurs des principales
caractéristiques électriques. En parcourant les documentations techniques des diodes, on
se rend compte que depuis les deux dernières décennies, le temps de recouvrement a
beaucoup diminué. Cela ne pose pas de problème de remplacer une diode par une autre
ayant un trr inférieur. On se rend compte aussi que les courants de pointe supportable ont
jusqu’à doublé, elles sont de plus en plus solides électriquement.
Les LEDs
Comme pour les diodes, ce qui caractérise électriquement les LEDs est le courant
direct IF et la tension VF. Il y a en plus de cela la couleur de la LED, ainsi que son
intensité lumineuse et l’angle de vision. Les LEDs étant utilisées pour la détection des
défauts lors des tests, ces deux dernières caractéristiques ne représentaient pas un critère
essentiel pour le choix d’un de ces composants. Il n’y a pas de couleurs ‘spéciales’ : seul
les couleurs rouge, jaune et vert sont utilisées sur les cartes électroniques du tramway.
Il arrive que les cartes comportent des éléments à multi-LED, c’est un composant
qui comporte une série de LEDs. Ces composants ne se fabriquent plus aujourd’hui mais
sont facilement remplaçables par une série de plusieurs LEDs uniques.
44
La gamme de fréquence du spectre
lumineux émit par la LED varie selon
sa couleur.
Le graphique montre l’intensité
lumineuse de la lumière diffusée en
fonction de l’angle de vue. Les
caractéristiques des nouvelles diodes
proposées varient autour de cette
courbe.
Les transistors.
Dans le but de pouvoir remplacer un transistor par un autre, il faut d’abord voir ce
qui caractérise un transistor de puissance :
- A l’état bloqué (iB=0), le courant de fuite iC est très faible. La tension maximale
supportée par le transistor à l’état bloqué dépend de la polarisation de la jonction baseémetteur.
- VCE0, VCER, VCEX : tension Collecteur
Maximum
- VCEO : Base ouverte
- VCER : Base reliée à l’émetteur par une
résistance
- VCEX : Jonction Base Emetteur polarisée
en inverse
- On caractérise le transistor par le courant IC qu’il peut écouler en régime continu.
On indique aussi la valeur instantanée ICM qu’il peut tolérer en impulsions ou pendant les
commutations.
Les transistors utilisés sur les cartes électroniques sont presque tous des transistors
bipolaires. Le tramway n’utilise pas les technologies des IGBT et très peu les transistors à
effet de champs comme les FET ou les MOS. Dans certains domaines de tensions et de
courant, ces nouvelles technologies développées depuis ces vingt dernières années ont
supplantés les transistors bipolaires. Ainsi, dans certains cas, il est inévitable de remplacer
du bipolaire par les autres. Malheureusement, il peut y avoir des problèmes au niveau des
empreintes car les boîtiers sont généralement différents.
III.2.D – Les circuits intégrés.
Les circuits logiques
En ce qui concerne les circuits logiques, les caractéristiques électriques et de temps
de réponse n’ont pas beaucoup évoluées, si ce n’est une amélioration des facultés des
entrés à accepter des tensions de plus en plus faibles. En contrepartie, dans ces extrêmes,
l’aptitude du circuit logique à remplir ses fonctions diminue fortement. Ce défaut est
similaire à celui des températures élevées, faiblesse commune à tous circuits intégrés qui
réagissent de la même manière sur les caractéristiques du composant.
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Pour pouvoir remplacer un circuit logique, il existe, pour la majorité des références,
des familles représentées par des lettres et des numéros qui sont utilisées par tous les
fabricants. L’exemple ci-dessous montre un multivibrateur monostable de précision et on
remarque que la codification ‘74HC4536’ est utilisée par tous les fabricants.
Comme nous l’avons vu dans la partie sur les plages de températures, la quasitotalité des circuits logiques utilisent des composants fabriqués par Texas Instrument.
Leur nouvelle gamme de températures faisant qu’il est impossible de se fournir chez eux,
il y a nécessité de se fournir ailleurs. Malgré le fait que les documentations techniques
montrent que les nouveaux composants sont susceptibles de remplacer les composants
actuels, il se pose la question de la capacité d’un nouveau composant à fonctionner parmi
d’anciens de chez TI.
Certains composants sont très spécifiques, comme le SN5413J qui contient deux
portes ET à quatre entrées et avec un trigger de Schmidt en entré du composant. Or il
existe des composants qui ont aussi deux portes ET avec quatre entrées mais sans trigger.
Ainsi, il y a ici la nécessité de rajouter sur la carte une bascule de Schmidt en plus du
nouveau composant.
Un autre exemple de composant spécifique est le AD532SD. Ce circuit intégré de
chez Analog Devices réalise la fonction suivante : (X1-X2)(Y1-Y2)/10 V. Ce circuit est très
spécifique. Si on souhaite vraiment trouver un composant de substitution, il faut trouver
un circuit qui réalise une opération approchant celle-ci et qui puisse remplacer celui-ci. Le
AD734AN réalise la fonction suivante : A0[(X1-X2)(Y1-Y2)/(U1-U2)-(Z1-Z2)]. Ce
composant plus complexe que le précédent permet néanmoins de réaliser la première
46
fonction : il faut alors mettre les entrées A0 et U1 au niveau haut et les entrées U2, Z1 et Z2
à la masse : une re-conception locale de la carte s’impose donc.
Les régulateurs de tension.
Les régulateurs de tensions sont beaucoup plus fiables que les diodes zener.
L’évolution de ces composants s’est portée principalement sur les tensions d’entrée. En
effet, les régulateurs sont plus flexibles sur les tensions d’entrée minimales qui sont plus
proches de la tension à réguler et plus flexibles sur la tension d’entrée maximale qui est de
plus en plus élevée.
En général, les tensions demandées en sortie sont des tensions ‘courantes’ : 5 V ou
15 V, ainsi, il est facile de trouver un régulateur pour ces tensions ‘normalisées’.
Les microprocesseurs.
Les microprocesseurs sont les composants qui ont souffert et qui souffrent le plus de
l’obsolescence. Les leaders du marché demandant des composants de plus en plus
performant et vérifiant la loi de Moore établie au milieu du 20ème siècle veulent que la
puissance des microprocesseurs soit multipliée tous les ans par deux. Cette loi qui a été
revue à la baisse est toujours applicable aujourd’hui et la puissance de ces composants a
évolué exponentiellement au cours de ces cinquante dernières années.
Ces amélioration ont porté sur :
- Une Augmentation de la vitesse interne du microprocesseur (augmentation de la
fréquence de l'horloge). Ceci augmente la vitesse de traitement des données. Ceci
n'est pas valable sans augmenter le nombre d'informations transférées sur un laps
de temps donné, d'où le point 2
- Une Augmentation de la vitesse de transfert sur les bus de données / adresses.
Ceci va permettre d'apporter plus d'instructions et de données à traiter au
processeur dans un laps de temps donné, d'où moins d'attente.
- Une Augmentation du nombre de lignes de données. Le processeur peut donc
transférer plus d'instructions (ou de données) 8 bits à chaque cycle d'horloge. Ceci
est similaire à l'augmentation du nombre de voies de communication d'une
autoroute qui augmente le nombre de voitures susceptibles de transiter sur un laps
de temps donné.
- Une Modification de périphériques externes (plus rapides ou nombre de lignes de
données supérieures). Ceci va augmenter les performances vers l'extérieur. En
effet, les processeurs sont nettement plus rapides que les périphériques. Le cas du
clavier est un bon exemple.
- Une Augmentation de la vitesse de la mémoire.
- Une Modification internes des processeurs, en gardant la compatibilité avec les
anciennes instructions: traitement plus rapide de chaque instruction.
- Des Mémoires tampons pour assurer des temps d’attente entre le moment où le
processeur demande l’instruction et le moment où il la reçoit plus court. C'est ce
que l'on appelle les mémoires caches.
Il est donc aujourd’hui impossible de trouver un microprocesseur équivalent à ceux
présents sur les cartes électroniques du tramway. Il s’agira ici de trouver un composant
globalement ressemblant, qui soit inévitablement plus puissant mais qui en réalité, ne
nécessite pas cette amélioration.
Il faut notamment faire attention aux tensions demandées par les nouveaux
microprocesseurs qui ont beaucoup variées depuis ces dernières années.
47
III.2.E – Les relais, les transformateurs et les thyristors.
Les relais
Les relais sont des composants qui ont aussi beaucoup évolués : les relais
électroniques remplacent avantageusement dans beaucoup de situations les relais
électromécaniques utilisés actuellement sur les tramways. Ainsi, on comprend que tous les
relais présents sur les cartes sont devenus introuvables sur le marché. Il y a malgré tout
deux références de relais construites par la société American Zettler, qui produit depuis de
nombreuses années ce genre de composants. Ils en ont fait leur spécialité et on retrouve
dans leur catalogue certains relais utilisés sur les tramways. Quant aux autres relais, la
meilleure solution est de retrouver ces relais en effectuant un stock de fin de vie.
Il faut aussi faire attention dans certains cas à la vitesse de commutation du relais.
Sur la carte CHO, il faut prendre en compte ce paramètre. Cette carte vérifie que la forme
du signal émis par la première horloge est correcte. Sinon, la carte détecte l’erreur et
commute pour que le système soit géré par une deuxième horloge. Cette carte est
principalement composée de relais, dont un où sa commutation est volontairement ralentie
par un condensateur de 22mF. En effet, le condensateur est placé en parallèle avec le
relais pour qu’il se charge durant une courte durée, ralentissant la commutation du relais
afin d’éviter un court-circuit sur le système. Un changement de relais électromécanique
par un relais électronique par exemple pourrait neutraliser la fonction du condensateur car
les temps de commutation des relais électroniques sont bien plus courts que ceux des
relais électromécaniques. Il y a donc risque de court-circuit si on n’augmente pas aussi la
valeur du condensateur.
Les transformateurs.
Il y a sur les cartes électroniques du tramway des transformateurs. Sur les cartes
BCE, ces transformateurs assurent un rôle sécuritaire. Ils sont qualifiés de transformateurs
d’isolement et sur les cartes CVS, ils jouent le rôle de transformateurs de puissance.
Les transformateurs sont réalisés sur mesures, ils ne sont pas standardisés. Même si la
directive ROHS touche aussi ces composants, ce sera au constructeur que reviendra le
travail de respecter cette norme.
Les thyristors.
Un seul thyristor apparaît sur la liste des composants. Il est placé sur la carte frein.
Cette technologie est de moins en moins utilisé car de manière général, les thyristors les
plus utilisés sont les thyristors asymétriques qui contrairement aux thyristors symétriques,
supportent à l’état bloqué une tension en directe très supérieure à celle en inverse. On les
trouve dans les onduleurs et quelques types de hacheurs.
Or, l’utilisation des thyristors asymétriques a progressivement disparu des
convertisseurs à commutation forcée au profit du GTO. Les principales différences entre
le GTO et le thyristor sont :
- le GTO se commande à l’amorçage et au blocage (le GTO a la possibilité
d’extraire ses charges stockées par sa gâchette, contrairement au thyristor).
- afin de réduire les temps de commutation au blocage, un ‘court-circuit’ d’anode a
été réalisé par l’intermédiaire d’une jonction N+. Dans ce cas, le GTO ne supporte
pas de tension inverse.
48
III.3 – Constitution d’un stock de fin de vie.
Après avoir recherché des composants potentiellement aptes à remplacer ceux
actuellement présent sur les cartes du tramway, j’ai essayé de voir s’il était possible de
constituer un stock de fin de vie des composants obsolètes ou en voie d’obsolescence. Le
problème qui se pose est que pour la majorité des références, ils sont introuvables sur les
fournisseurs habituels. Pour donner une idée, en mettant en commun les stocks de différents
fournisseurs courant (Farnell, Radiospares, Sourcelec, Avnet), seulement la moitié des
composants en voie d’obsolescence est disponible.
En naviguant sur Internet, on se rend compte que l’obsolescence des composants
électroniques est une activité lucrative. En effet, beaucoup de sociétés se sont spécialisées
dans cette branche. Il existe deux sortes d’entreprise :
- l’entreprise qui joue le rôle de « journal des petites annonces », ils font payer les
particuliers/entreprises qui veulent montrer sur un site leur surplus de stock.
L’acheteur peut consulter la liste des composants qui regroupe les stocks de tous les
particuliers et il peut demander gratuitement à être en contact avec l’annonceur. Cette
entreprise joue ici un rôle passif, elle n’intervient en rien dans les commandes.
- l’entreprise qui gère les commandes entièrement. Soit l’entreprise a un début de
stock, soit elle a des clients potentiels qui sont prêts à se séparer de leur stock.
L’avantage de faire affaire avec ces entreprises pour constituer un stock de fin de vie est
qu’il n’y a pas à se soucier de la similitude d’un éventuel composant de remplacement. Mais
d’un autre côté, les composants peuvent être d’occasion, ce qui peut nuire à la fiabilité du
composant. L’autre défaut de cette solution est le prix qu’il faut mettre pour obtenir ces
composants. En effet, comme ils sont devenus obsolètes, certaines personnes qui avaient
anticipé le phénomène ont constitué un stock pour pouvoir les revendre à des prix élevés.
Deux fichiers Excel ont été créés : l’un pour les composants en voie d’obsolescence et
l’autre pour les composants obsolètes. Chacun des fichiers indique le nombre de composant
de chaque référence dans chaque carte avec son total.
49
Les autres colonnes indiquent le nom exact de la référence que l’on peut trouver sur
Internet, les autres montrent leur statut par rapport aux fournisseurs. Pour faire des devis
moins coûteux, les distributeurs proposés pour les composants en voie d’obsolescence sont
soit des distributeurs ‘habituels’, soit des distributeurs européens comme Electronipool et
o2xygen qui sont respectivement des entreprises allemandes et franco-anglaise. Pour les
composants électroniques obsolètes, les distributeurs sont soit des entreprises européennes,
soit des entreprises qui traitent au niveau international, généralement nord-américaine comme
Netcomponent ou Crosscomponents.
III.4 – Comment gérer l’obsolescence des
composants ?
L’obsolescence d’un composant est une donnée factuelle du marché et une
caractéristique intrinsèque d’un produit commercial. C’est en effet la demande du marché qui
conditionne pour tout composant une durée de vie commerciale plus ou moins longue :
Ainsi, la durée de vie d’un composant dépend de l’influence d’un environnement
complexe faisant intervenir le cycle de vie des marchés, les volumes et les coûts de
production de composant, les technologies employées et le rythme de leur évolution, le
nombre d’acteurs sur le marché…
50
Ces caractéristiques sont difficilement compatibles avec les principes de qualification de
définition et les durées de vie des équipements et des systèmes aéronautique et militaire. C’est
pour cela que ces domaines n’ont d’autre choix que d’utiliser les composants disponibles pour
les marchés civils. C’est leur seul moyen d’accéder aux composants performants qui sont
désormais destinés aux applications innovantes. Cela évite un marché spécifiquement
militaire dont la pérennité est incertaine. Cela peut être utile pour les civils, nous l’avons vu
pour les plages de température des composants actifs où seul des composants du domaine
militaire ne pouvaient convenir.
III.4.B – Un travail de prévention.
Une stratégie pour la prolongation de la durée de vie.
Les exigences dans la souplesse d’un programme (développement, industrialisation,
tranches de production, maintenance…) et les perspectives d’évolution des technologies et
des composants doivent permettre au maître d’œuvre de définir au plus tôt du programme
la stratégie de durabilité du système la mieux adaptée (planification des re-conceptions
locales ou globales de la définition, stocks de sécurité…). De même pour chaque
équipementier qui doit définir la stratégie de pérennisation de son équipement en
cohérence avec la stratégie système.
Logique de définition de la stratégie de pérennisation
Les prévisions de disponibilité de nouvelles technologies sur le marché doivent
permettre d’envisager l’insertion de ces technologies dans le but d’améliorer les
performances et de réduire les coûts dans le futur.
Les prévisions d’obsolescence des principaux composants et des technologies de
composants doivent permettre d’estimer l’évolution du taux d’obsolescence des
équipements et du système.
Les données d’échelonnement du programme dans le temps doivent permettre
d’évaluer la pertinence d’une stratégie de re-conception compte tenu des quantités de
matériels à fabriquer et de positionner les opportunités de re-conception en fonction de
l’évolution du taux d’obsolescence.
Les quantités de matériels à fabriquer dans une définition donnée permettront
d’évaluer les quantités pour la constitution de stocks de sécurité.
51
La stratégie retenue permettra ainsi au maître d’oeuvre et aux équipementiers de
cadrer les solutions de traitement à venir en fonction des re-conceptions planifiées, ou pas.
La prise en compte des obsolescences en conception
Le management de l’obsolescence des composants ne se limite pas à la gestion de la
disponibilité commerciale des composants, il commence entre le maître d’œuvre et le
maître d’ouvrage dès les phases de spécification du système et continue lors de la
conception des cartes et équipements.
Une idée pour simplifier les re-conceptions locales et l’insertion de nouvelle
technologie est de noter les performances minimales de chaque composant/système à tous
les niveaux de description. Ce travail de concepteur permettrait d’une part la conception
d’architectures ouvertes et modulaires plus tolérantes à l’obsolescence et d’autre part une
accessibilité plus aisée pour les schémas et autres nomenclatures.
Les choix d’architectures doivent se baser sur les standards du marché reconnus ou
en devenir (langages logiciel, interfaces…).
Les solutions doivent être distinguées sous forme de blocs fonctionnels
éventuellement réutilisables s’insérant dans une approche de conception par sous-partie.
L’objectif étant de favoriser des re-conceptions partielles avec des requalifications
limitées.
Pour chaque fonction ou sous-partie, les caractéristiques de performance
dimensionnantes dans l’application doivent être définies lors de la spécification de besoin
et confirmées lors de la conception afin de faciliter dans le futur, le remplacement des
composants devenant obsolètes.
La conception doit être réalisée à partir de listes de composants préférentiels et faire
l’objet d’une revue critique des choix afin d’anticiper les risques d’obsolescences.
Pour chaque composant, les évolutions technologiques doivent être anticipées et
intégrées lors de la conception :
- anticiper les évolutions de capacité mémoire,
- les FPGA ou CPLD seront plus rapides, attention aux aléas des logiques
combinatoires, toute conception ciblée sur un composant d’un certain grade en
52
rapidité, doit pouvoir être ciblée sur le même type de composant de grade plus
rapide.
- les temps d’accès des mémoires (Sram, FIFO, etc.…) diminuent, concevoir avec
des temps d’accès quasi nuls.
- attention lorsque la consommation est critique, l’obsolescence de composants
lents, notamment les mémoires, imposera le remplacement par des composants
plus rapides, et, en général consommant plus. Ce type d’évolution doit être
anticipé en conception et en spécification.
- anticiper l’évolution de tension d’alimentation des composants complexes
(FPGA, DSP,…). Les coeurs de FPGA sont passés en tensions d’alimentation de
5 V à 3.3 V, puis à 2.5 V et 1.8 V, et demain ils passeront à 1.2 V, puis 1 V…
- prévoir si nécessaire des doubles implantations.
La sélection des composants en conception
Compte tenu de l'évolution rapide des technologies, de la croissance du nombre de
composants nouveaux introduits sur le marché chaque année, et de leur faible durée de vie
commerciale, le choix des composants et des technologies effectué par le concepteur
devient difficile, il peut engager la société sur plusieurs décennies. Seul, le concepteur
n’est pas forcément bien équipé pour effectuer le meilleur choix de composants.
Une étroite collaboration entre les concepteurs, et les différents services de
l’entreprise est nécessaire, elle permet par des échanges et une réunion des expériences
d’anticiper les risques et les obsolescences. La sélection des composants doit être réalisée
en prenant en compte les critères de choix suivants :
- sélectionner des composants dont la commercialisation et la production est
croissante ou juste mature, éviter les technologies en déclin ou juste émergentes
(par rapport à leur cycle commercial de vie),
- sélectionner le « bon boîtier » (ni de boîtiers en déclin, ni de boîtiers émergents
avant d’avoir la certitude que le boîtier deviendra un standard),
- sélectionner le couple fabricant/modèle leader dans le domaine et positionné sur
des marchés porteurs,
- sélectionner des composants en tenant compte de l’existence de secondes sources
ou de composants à spécification équivalente,
- éviter les composants destinés à des marchés dont les produits possèdent un cycle
de vie très court (GSM, consumer, …),
- réduire le nombre de modèles et de fournisseurs. Cette opération permet en
général une augmentation relative du chiffre d'affaire avec le fournisseur, et par
conséquent fiabilise les relations ; il doit en découler une meilleure détection des
obsolescences.
- sélectionner les fabricants et les fournisseurs en tenant compte de la maturité et
de l’efficacité de leurs processus de gestion des obsolescences,
- proposer aux concepteurs une liste de composants "standardisés", dont
l'espérance de vie commerciale est jugée satisfaisante et qui donneront lieu à un
suivi particulier (liste de composants préférentiels).
- réaliser des revues de choix des composants dès la définition de l’architecture,
afin d’identifier les risques d'obsolescence des composants dimensionnants et
réorienter le concepteur vers une solution viable pour le projet.
La surveillance des risques d’obsolescences
L’objectif de la surveillance des risques d’obsolescence est de permettre au projet,
puis au programme d’anticiper l’obsolescence afin d’en minimiser ses conséquences. Elle
doit être réalisée une fois les composants sélectionnés en conception, et « entretenue » sur
53
la durée du programme par des revues périodiques des risques d’obsolescence. Plus
particulièrement les étapes clés où cette surveillance s’impose sont :
- la fin de la conception détaillée de l’équipement,
- l’entrée en qualification de l’équipement,
- la mise en série de l’équipement,
- le démarrage d’une nouvelle tranche de production.
L’évaluation des risques d’obsolescence est réalisée grâce à l’analyse des
composants des nomenclatures. Le risque d’obsolescence d’un composant dépend de deux
facteurs :
- de la probabilité de l’obsolescence,
- de ses conséquences sur le système.
Pour chaque composant on pourra quantifier en terme de criticité le risque
d’obsolescence. La criticité est le produit de la gravité et de la probabilité d’une
obsolescence. Afin de permettre une quantification du risque, chacune des composantes
pourra être affectée d’un coefficient (1, 2 ou 3) :
Les criticités 1, 2, 3 sont considérées comme mineures.
Les criticités 4, 6, 9 sont considérées comme majeures.
● Probabilité d’obsolescence
La probabilité d’obsolescence sur une période donnée est fonction de la position du
composant dans son cycle de vie. Elle est totalement dépendante de l’état du marché au
moment de l’analyse. L’évaluation de la probabilité d’obsolescence d’un composant
dépend de l’apparition d’un évènement redouté pouvant provoquer l’obsolescence. Ainsi,
les informations techniques et commerciales, l’expérience et la veille technologique
permettent d’évaluer cette probabilité à travers le suivi d’indicateurs de l’obsolescence :
- Indicateur Fabricant : sa situation financière, le positionnement du fabricant par
rapport à la concurrence, son métier de base, sa capacité de production et accords
de sous-traitance.
- Indicateur Technologie : le positionnement de la technologie dans le portefeuille
technologique du fabricant, le positionnement par rapport aux technologies de la
concurrence, le positionnement de la technologie sur son cycle de vie.
- Indicateur Produit : le positionnement du produit dans le portefeuille produit du
fabricant (performance,prix), le positionnement par rapport à l’offre de la
concurrence (performance, prix), le volume relatif de production, la date
d’introduction, la périodicité des évolutions technologiques.
La probabilité doit être estimée pour une période de durée suffisamment longue pour
permettre la mise en oeuvre d’actions correctives et suffisamment courte pour fiabiliser
54
l’estimation (par exemple : probabilité d’obsolescence dans les 2 ans). La valeur du
coefficient de probabilité est attribuée de la façon suivante :
- Coefficient 1 : Probabilité ressentie faible
- Coefficient 2 : Probabilité moyenne ou difficile à apprécier
- Coefficient 3 : Probabilité ressentie forte.
● Gravité de l’obsolescence
La gravité représente l’estimation des conséquences de l’obsolescence en terme de
coût(s), de délai et de performance de l’équipement ou du système.
- Coefficient 1 : Remplacement possible par un composant compatible
fonctionnellement, mécaniquement et électriquement.
-Coefficient 2 : Remplacement possible par un composant nécessitant une
validation importante, et/ou une re-conception locale du circuit imprimé.
-Coefficient 3 : Re-conception de la carte nécessaire avec des conséquences sur les
niveaux supérieurs (interfaces, logiciel, qualification…..)
Réduction des risques d’obsolescence.
Lors de l’analyse périodiques des nomenclatures, les solutions de traitement
permettant de réduire les risques seront détaillées pour tous les composants présentant un
coefficient de gravité de 2 ou 3, ceci quelle que soit la probabilité d’obsolescence. Cela
permettra de déclencher le traitement en fonction de l’évolution de la probabilité
d’obsolescence et donc de la criticité.
La revue des risques d’obsolescence au niveau projet et au niveau programme
décidera en fonction de l’évolution des criticités le déclenchement à titre préventif ou
curatif des solutions de traitement, afin de limiter les effets de l’obsolescence.
Logique de réduction des risques d’obsolescence
Certains facteurs devront être pris en compte pour aider à la décision de mise en
œuvre d’une solution de traitement. Ainsi, on favorisera le traitement d’un risque
d’obsolescence à titre préventif si au moins une des conditions suivantes est remplis :
55
- le risque est majeur,
- l’industriel n’a pas l’assurance de recevoir en temps et en heure le préavis
d’obsolescence du fabricant,
- le délai de traitement est long.
Par contre, on favorisera le traitement d’un risque d’obsolescence à titre curatif
lorsque les conditions suivantes sont réunies :
- l’industriel a l’assurance de recevoir en temps et en heure le préavis
d’obsolescence du fabricant,
- le délai de traitement est court et compatible du délai de préavis.
L’évaluation pour chaque carte ou module du pourcentage de composant dans
chaque niveau de criticité permettra de suivre le taux d’obsolescence de la carte et
facilitera la décision de re-conception.
III.4.C – Une intervention ciblée.
Pour mener à bien le traitement curatif, il est très important d’avoir rapidement
connaissance des avis d’obsolescence émis par les fabricants afin d’anticiper les diverses
solutions de remplacement sans affecter les programmes en cours.
Le traitement exige une organisation industrielle devant permettre entre autres :
- la détection des obsolescences le plus tôt possible,
- l’analyse critique des informations d’obsolescence,
- la diffusion de l’information d’obsolescence,
- la présentation des solutions technico-économiques de traitement,
- le choix du traitement,
- le contrôle du bon déroulement du traitement adopté.
Détecter les obsolescences et identifier les cas d’emploi.
Les moyens de détection et de d’attribution des avis obsolescences sont divers :
- information provenant de courriers fabricants ou fournisseurs, exemple : par la
diffusion de LBO (Last Buy Order),
- rencontres périodiques avec les fournisseurs ou les fabricants,
- consultation des sites fabricant sur Internet,
- échange d’informations lors de réunions d’entreprises.
Il faut distinguer arrêt de distribution ou de commercialisation d’une référence et
arrêt de production du produit toutes références confondues. Après vérification et
confirmation de l’information, il est alors nécessaire d’identifier les cas d’emploi et
d’évaluer les besoins :
- identifier dans des systèmes actuels et anciens tous les matériels qui utilisent le
composant.
- analyse des besoins pour les en-cours, les productions futures et le SAV.
- évaluer pour les matériels déjà installés les stocks nécessaires à maintenir et la
durée de leur maintenance.
- recourir en dernière extrémité à la récupération de composants déjà câblés sur des
maquettes, prototypes ou équipements installés que l’on prévoit de remplacer par
des produits plus récents.
Diffuser l’information
Par l’intermédiaire du correspondant ayant en charge l’obsolescence des composants
et le contrôle du bon déroulement du traitement adopté et le suivi des procédures,
l’information d’obsolescence doit être transmise le plus rapidement possible en direction
56
de correspondants compétents :
- pour l’analyse de solutions de remplacement ou redesign : technologue, chef
produit, chef projet.
- pour déclencher les commandes de stock ou de demande d’échantillons de
produits de remplacement : direction des achats, programmes.
- pour analyser les stocks, et les besoins de production, les besoins du service
après-vente : direction industrielle, service des approvisionnements, gestion de
production.
L’information donnée doit être suffisamment précise pour que les besoins des cas
d’emploi identifiés soient pris en charge par les différentes directions citées ci-dessus.
Sélectionner et mettre en œuvre les solutions de traitement
Les solutions de traitement face à une obsolescence prévue ou annoncée sont
diverses mais elles n'entraînent pas toutes les mêmes risques ni les mêmes coûts :
Cette appréciation doit être pondérée par les conséquences de la solution choisie sur
le coût de production de l’équipement. L’intégration et donc la reconception étant en
général facteur de diminution des coûts :
57
● Constitution d’un stock de fin de vie
Trois solutions se présentent :
- un dernier approvisionnement du composant, possible dans la période transitoire
où le fabricant accepte encore une dernière passation de commande, et si
l’obsolescence a été détectée durant cette période transitoire. Or, les fabricants ne
préviennent pas systématiquement leurs clients, et d’autant moins, s’ils n’ont pas
passé de commande durant les 18 derniers mois.
- recours à des stocks existants (dormants) chez les distributeurs ou autres brokers
spécialisés dans la recherche de composants obsolètes. Cette solution entraîne un
risque sur la qualité et la traçabilité des composants.
De plus, le date-code des composants peut être ancien (> 5 ans)
- «cannibalisation» de composants : cela consiste à réutiliser des composants
«d’occasion» ou qui n’ont pas été utilisés par ailleurs (autres programmes, autres
clients,…). De la même manière, elle entraîne un risque sur la qualité et la
traçabilité des composants, d’autant plus qu’il n’y a pas de garantie du fournisseur.
- Coûts de stockage (m2 et infrastructure
des magasins, achat composants,
contrôle composants en entrée et/ou
périodique, frais financiers…),
- Risque de stocker des composants
défectueux
et/ou
en
voie
de
dégradation,
- Risque de stocker des composants en
nombre insuffisant,
- Stockage restrictif des composants à
péremption.
- Les spécifications des composants à
stocker sont conformes à celles des
produits en nomenclature → pas de
requalification.
Inconvénients
Avantage
● Remplacement par une autre référence commerciale du composant
Cette solution n’est possible que lorsque l’obsolescence concerne l’arrêt de
commercialisation d’une des références du composant (celle en nomenclature) et non pas
l’arrêt total de sa production chez le fabricant :
- lorsque le composant a fait l’objet d’une multiplication importante des références
par le fabricant et les administrations.
- lorsque la référence commerciale est modifiée par un rachat du fabricant ou du
fait d’une évolution technologique ne dégradant pas l’aptitude du composant.
- Incidence limitée sur le plan technique
si l’échange est à quasi iso-spécification
électrique et mécanique.
- Risque sur les coûts d’achat si passage
à un niveau de qualité supérieure,
- Risque de remise en cause de
l’aptitude si passage à un niveau de
qualité inférieur.
Avantage
Inconvénients
58
● Remplacement par un composant «catalogue» à spécification équivalente
Elle consiste au remplacement du composant obsolète par un composant à
spécification équivalente commercialisé par un autre fabricant.
- Recours à des produits seconde source du marché concurrentiel : le risque associé
à cette solution est de sélectionner une fausse seconde source technique bien que vraie
seconde source commerciale. C’est le cas lorsque les fabricants signent des accords de
revente de composants sous leur propre appellation alors qu’en fait ils sont issus de la
même source. L’obsolescence de la première source entraînant tout naturellement celle
des autres.
- Recours à des produits seconde source du marché dit «après marché» : ce marché
est alimenté par quelques fabricants spécialisés dans la fabrication et la commercialisation
de composants obsolètes par leurs fabricants d’origine et qui en général leur fournissent
leurs propres outils et/ou données techniques ; l’entreprise Comset Semiconductors du
groupe Halfin par exemple, produit toujours des références présent sur les tramways.
Cette solution permet de sélectionner des composant dont la reproduction est en général
fidèle aux composants originaux. La qualité des composants doit faire l’objet d’une
attention particulière.
- Cette solution permet de rester à
implantation identique grâce au marché des
composants seconde source.
- Le composant seconde source peut
s’avérer non équivalent dans l’application
concernée,
- Cette option peut entraîner une
requalification du composant ou/et de
l’ensemble supérieur (carte, équipement)
selon l’importance de la fonction du
composant,
- Risque sur les coûts d’achats lorsqu’il ne
reste plus qu’une seule source,
- Risque sur le niveau de qualité livré.
Avantage
Inconvénients
● Remplacement par un composant «catalogue» à spécification dégradée
Cette solution n’est à envisager que lorsque celle à «spécification équivalente» n’est
pas possible. Elle permet de retenir un composant à implantation identique mais dont
l’aptitude (performances, qualité, fiabilité) peut être d’un niveau inférieur. Soit l’aptitude
est suffisante pour l’application, soit elle ne l’est pas.
Pour «amener» le composant à une aptitude suffisante pour les besoins de
l’application, l’industriel doit mettre en oeuvre des opérations «lourdes» d’extension de
performance (uprating) ou de deverminage (upscreening).
Si cette approche n’est pas envisageable, l’industriel doit revoir à la baisse les exigences
de l’application par la recherche des marges acceptables avec le client.
Avantage
- Pas de modification de la carte.
- Etudes à réaliser pour statuer sur l’aptitude
du composant,
Inconvénients
- Coût du tri des composants.
● Remplacement par un composant «spécifique» à spécification équivalente
59
Cette solution consiste à développer un composant nouveau ou à particulariser un
composant existant, en conformité avec l’implantation et les performances du composant
obsolète. Pour les composants à semi-conducteur, le remplacement peut se concrétiser
selon la nature de la fonction électronique et de l’obsolescence, par :
-Le développement d’un ASIC / FPGA / hybride
-L’encapsulation de puce de semi-conducteur
Cette solution fait appel aux compétences des «processeurs de puces» qui, la plupart
du temps, prennent en charge l’encapsulation et le test final du composant une fois
encapsulé. Dans ce cas, la puce peut être de même origine que celle du fabricant en
nomenclature.
Avantage
- Pas de modification de la carte.
- Risque sur le niveau de qualité de
fabrication et des tests,
- Partage délicat de la responsabilité de la
garantie du produit fini entre le fabricant de
la puce (fondeur) et l’encapsuleur,
- Dans certains cas, les spécifications
d’origine risquent de ne pas pouvoir être
intégralement respectées,
- Risque sur les coûts et délais de
développement car produit spécifique,
- Risque sur la pérennité de la solution si les
quantités à produire sont peu motivantes
pour le fournisseur.
Inconvénients
● Re-conception locale de la carte imprimée
Cette solution consiste à produire une nouvelle carte imprimée avec de nouveaux
composants dont les implantations sont en général non compatibles avec ceux d’origine.
L’objectif étant de garder (ou parfois d’améliorer) les caractéristiques globales et
l’interfaçage avec l’ensemble supérieur. Cette méthode consiste à limiter localement la
reconception de la carte, en remplaçant le composant obsolète par un composant nouveau
au fonctionnement similaire, entraînant de fait la modification de quelques autres
composants de son entourage immédiat.
La solution n’est à retenir uniquement si l’ampleur de l’obsolescence sur la carte est
limitée à un composant.
- Re-conception minimale en coût et délai
d’étude, de réalisation, de requalification.
- Non-optimisation des équipes d’études
pour cause de travaux parcellaires.
Avantage
Inconvénient
● Re-conception globale de la carte imprimée
Cette solution consiste à re-étudier l’ensemble de la carte ; solution en général à
envisager lorsque l’ampleur de l’obsolescence, touche ou menace, plusieurs composants
de la carte. Il convient donc, lors de la reconception, d’apporter une attention particulière
sur :
- la compatibilité ascendante, en particulier lors de l’emploi de composants
commerciaux,
60
- la portabilité des fonctions spécifiques de l’application d’une technologie vers
une autre,
- le juste niveau de validation et de qualification,
- la mesure de la ‘vulnérabilité’ de la fonction re-conçue vis-à-vis des risques.
Une reprise de configuration peut amener :
- Une réduction du nombre de composants
de la carte (intégration plus élevée),
- Une réduction des coûts d’achat et de
fabrication,
- Des améliorations de performances et de
fiabilité,
- Un allégement du traitement des risques
d’obsolescence.
- Coûts et délais de la re-étude, de la requalification…
Avantages
Inconvénient
61
Glossaire
ASIC : Application Specific Integrated Circuit, circuit intégré spécialisé qui regroupe en
général un grand nombre de fonctionnalités uniques et/ou sur mesure.
BCE : Une Baie de Contrôle Electronique est constituée d’un ensemble de cartes
électroniques. Avec une ou plusieurs de ces cartes, elle intercepte, analyse et transmet les
informations nécessaires aux fonctions permettant la bonne marche du véhicule.
FIFO : First-in, First-out Memory, mémoire vive, jouant le rôle de file où l’ordre de sortie est
identique à celui en entrée.
FPGA : Field Programmable Gate Array, réseau de portes programmables in-situ, ils sont
utilisés dans diverses applications nécessitant de l’électronique numérique.
GTO : Gate Turn-Off Thyristor, thyristor blocable par la gâchette, c’est un interrupteur
électronique utilise dans les dispositifs de forte puissance.
RFQ : Request for quotation, il s’agit d’une invitation aux fournisseurs a indiquer des prix et
des modalités et des conditions pour l’achat des composants électroniques. Des appels
d’offres sont employés pour choisir un fournisseur.
RoHS : Restriction of Hazardous Substances, une directive européenne qui sera en application
le 1er juillet 2006 interdit une liste de produits contenus dans les composants électroniques.
SRAM : Static Random Acces Memory, mémoire vive dont les temps d’accès avaient
représenté une avancée importante pour la rapidité des processus informatique.
62
Conclusion
Ce stage de dix semaines dans le service électronique tramway a été très instructif, il
m’a rendu compte du rôle de ce service au sein de la maintenance. Les principales activités de
ce service étant le dépannage, les tests/révisions des systèmes électroniques et la recherche de
solutions aux différents problèmes rencontrés.
J’ai ainsi pu remarquer que l’obsolescence était un problème central à toute activité : du
dépannage où la nécessité de remplacement des pièces est nécessaire jusque dans le domaine
de la recherche des nouveaux systèmes où le spectre de leur futur obsolescence qui
aujourd’hui n’est que de deux-trois ans est très présent : il y a alors la nécessité d’étudier la
capacité du système à être remplacé par les technologies futures.
L’importance de l’obsolescence est appelée à croître avec la raréfaction des composants
équivalents et la diminution du cycle de vie des composants. L’impact de l’évolution de la
législation, telles les directives pour la limitation des matières dangereuses est également de
nature à accélérer ce phénomène. Le problème touche tous les systèmes : je me suis rendu
compte que contrairement aux idées reçues, ce problème touche aussi bien la génération des
tramways Alstom qui utilise une technologie rudimentaire que les tramways Bombardier qui
utilisent des technologies plus récentes.
Un management des risques d’obsolescence des cartes électroniques devient donc
incontournable pour pouvoir maîtriser les coûts et pour faire fonctionner le système encore
plusieurs années. Elle repose sur une stratégie de durabilité des cartes qui se partage entre un
management curatif des obsolescences déclarées et un management préventif des risques
d’obsolescence.
Le problème et sa gravité, nous l’avons vu, diffèrent selon la nature des composants.
L’action de remplacement engendre des frais pour les tests de compatibilité. Sinon, la
SEMITAN dispose de plusieurs solutions, il peut y avoir une action de sous-traitance, comme
l’intervention d’une entreprise spécialisée dans les veilles technologiques ; il peut y avoir la
constitution d’un stock fin de vie, dans ce cas, il faudra faire l’analyse des besoins de
composants qu’il y a eu dans le passé ou seul un technicien ayant de l’expérience peut le
réaliser à cause du manque d’historique des consommations de composants. Il faut aussi
effectuer une recherche des stocks existants dans le magasin de l’atelier où l’absence de
spécialiste en composants électronique a des conséquences sur la qualité de l’inventaire des
stocks. Les actions inter-entreprise sont aussi une possibilité pour résoudre le problème : une
mise en commun des stocks de composants peut être effectuée avec la SNCF par exemple.
D’un autre point de vue, le stage m’a fait connaître le fonctionnement d’une grande
entreprise, notamment les problèmes de communication entre les différents services qui
peuvent intervenir. C’est le cas de la gestion préventive de l’obsolescence, lésé par la volonté
d’économie à court terme. Cette imprudence, qui se traduit par la préoccupation d’autres
problèmes se reflètera par des problèmes d’obsolescences imprévus qui malheureusement a
un impact plus important sur les coûts financiers.
L’enseignement théorique et pratique reçu durant ces deux dernières années à l’IUT a
été bénéfique pour la compréhension globale du projet : le vocabulaire rencontré chez les
fabricants et autres professionnels de l’électronique a été plus facilement accessible.
L’électronique et l’EEP et en moindre mesure l’informatique industrielle ont permis une
compréhension de l’aspect technique : les notes et les polycopiés des cours et TDs ont étés
nécessaires comme base de travail notamment pour la compréhension de tous les composants
et des documentations techniques.
63
Sommaire des annexes
Annexe A : Localisation des appareils électriques sur la motrice M1
Annexe B : Localisation des appareils électriques sur la motrice M2
Annexe C : Journal officiel de l’union européenne
Annexe D : Synoptique de la BCE.
64
Annexe A Localisation des appareils
électriques sur la motrice M1
65
Annexe B Localisation des appareils
électriques sur la motrice M2
66
Annexe C -
Journal officiel de l’union
européenne
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