Organisation et optimisation de la compatibilité électromagnétique

Organisation et optimisation de la compatibilité
électromagnétique des réseaux de câbles de la
plateforme du tramway moderne de Rio de
Janeiro
Tuteurs : André Bazani / Pierre Davoust
Professeur référent : Jean-Michel Hube
Le présent rapport de stage de fin d’études vise à apporter un début de réponse à la
problématique de compatibilité électromagnétique rencontrée lors de la construction des
réseaux de câble du tramway de Rio de Janeiro dans des espaces aux dimensions restreintes.
Une présentation du système et du projet permet au lecteur de situer le contexte et
introduit la problématique des interférences entre câbles de courant fort et de courant
faible. La suite du rapport donne un début de réponse théorique permettant de visualiser le
problème puis de s’en prémunir, via une modélisation simple. Enfin, une solution technique
est décrite et des recommandations pour la construction sont données.
Organization and optimization of the electromagnetic compatibility in the cable network
of Rio de Janeiro’s tramway platform
The present internship report is submitted in order to bring the beginning of a
response to the electromagnetic compatibility problems met when building the power and
electronic cable system in tiny spaces. The study took place in the Rio de Janeiro’s tramway
project. A presentation of the system helps the reader to understand the context and
introduces the problematic of interferences between high current cables and low current
ones. The following parts of the report give a theoretical response allowing to visualize and
to prevent the problem, with the help of a simple modelization. Finally, a technical solution
is described and some recommendations are given to help building the system.
Projet réalisé par :
Léo Ecrepont
Pour l’INSA de Strasbourg
Spécialité Génie Electrique
Option Energie
Septembre 2015
Entreprise d’accueil :
SYSTRA Brésil / SYSTRA France
72, rue Henry Farman
75015 Paris
+ 33 1 40 16 61 00

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1. Présentation du projet de fin d’études
Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet lancé par la ville de Rio de Janeiro, qui a
souhaité s’équiper du tout premier tramway moderne brésilien pour fluidifier le trafic
routier et redynamiser son centre-ville. Il doit être opérationnel pour les Jeux Olympiques de
2016.
Cette étude vise à améliorer la compatibilité électromagnétique des réseaux de câbles de
courants forts et de courants faibles. En effet, la qualité du signal et donc le fonctionnement
des appareils de faible puissance est menacé par le rayonnement électromagnétique des
câbles de puissance à basse fréquence d’alimentation. Dans le projet, ces câbles menacent
potentiellement l’intégrité du système, en raison du non-respect des distances de sécurité
dictées par les normes internationales dédiées au ferroviaire.
Il a fallu dans un premier temps comprendre le fonctionnement du système dans son
ensemble, pour tenter de modéliser le problème afin de cibler les risques. Ensuite,
déterminer quels sont les paramètres pouvant poser problème et enfin proposer des
solutions pour les maîtriser.
2. Couplages de la perturbation entre câbles parallèles
La diaphonie est le couplage électromagnétique indésirable qui a lieu entre des câbles
proches. On peut utiliser des paramètres distribués inspirés des équations des télégraphistes
pour ramener les phénomènes responsables de la perturbation à un schéma électrique
simple :
Figure 1 : Circuit de couplage de la perturbation
L’enjeu est de réussir à calculer ces composants pour pouvoir exprimer la diaphonie
résultante sur le ou les câbles sensibles.
En identifiant les paramètres responsables du couplage des circuits et en s’appuyant sur
l’outil mathématique, nous pourrons prévoir le risque de perturbation et ainsi éviter de

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construire un système de tramway ne respectant pas les niveaux de tolérance des appareils
sensibles.
Le calcul fondamental d’une inductance linéique, entre les rayons R2 et R1 est donné par :
De laquelle on déduit le calcul des capacités linéiques. Devant les difficultés rencontrées
pour calculer les mutuelles pour des câbles enterrés (notamment en ce qui concerne le choix
d’une « référence de tension »), et l’impossibilité de réaliser des mesures pour évaluer le
phénomène, une approximation du cas réel a été étudiée en détail. La « multitubulaire » est
placée au-dessus du sol, ce raisonnement permettant tout de même de tirer des conclusions
générales.
Figure 2 : Approximation « hors-sol » du cas réel
Les équations de la perturbation observée aux terminaisons du circuit sensible sont :
Où :
- NEi et NEC sont les couplages inductifs et capacitifs dus aux champs magnétiques et
électriques au niveau de la source de signal
- FEi et FEC sont les couplages inductifs et capacitifs dus aux champs magnétiques et
électriques au niveau du récepteur du signal
Des courbes de variation de ces composants en fonction de divers paramètres sous Matlab
permettent de mettre en évidence l’influence de facteurs tels que la distance entre câbles, la
charge des terminaisons du circuit d’électronique, la longueur de côtoiement des circuits…

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Figure 3 : Variation de la distance entre câbles
Figure 4 : Variation des charges du circuit récepteur
3. Etude des câbles blindés
L’électronique des appareils étant inaccessible et inconnue, et les distances entre câbles
déjà poussées au maximum, il a fallu se tourner vers des solutions techniques telles que celle
du blindage de câble. Il résulte des calculs théoriques que l’idée de blindages en acier
proposée par le client est inefficace pour les perturbations à basse fréquence. Des solutions
de blindage basse fréquence ont été mentionnées mais elles s’avèrent très coûteuses.
Enfin, la modélisation des câbles blindés, basée sur celle des câbles nus présentée ci-dessus
existe et a fait l’objet d’une tentative de calcul infructueuse, en raison du même problème
de calcul des composantes linéiques mutuelles générateur-blindage que celui rencontré
pour les câbles nus. La modélisation de l’approximation du modèle en une multitubulaire
« hors-sol » n’a pas non plus été terminée par manque de temps.
4. Autre approche du problème
Une approche basée sur la norme CEI a été développée. Elle visait à produire des
masques superposables aux coupes des plans exécutifs du tramway, pour pouvoir
positionner les câbles dans les zones décrétées non-dangereuses en termes d’intensité du
champ magnétique. Elle a finalement été invalidée par un spécialiste des textes normatifs de
SYSTRA, celui-ci assurant que les valeurs données ne sont pas valables pour des câbles.
Figure 5 : Masque de construction basé sur la norme