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Chapitre I Introduction à la Compatibilité Electromagnétique C.E.M 3 Dr. H. Mil

Chapitre I Introduction à la Compatibilité Electromagnétique C.E.M 3 Dr. H. Miloudi. & Pr. A. Bendaoud Compatibilité Electromagnétique CEM Chapitre I : INTRODUCTION A LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE I-1. INTRODUCTION Le principe de la compatibilité électromagnétique (CEM) consiste à permettre le fonctionnement correct et optimal de tout dispositif électrique en présence d’autres, chacun étant en fonctionnement nominal. De cette définition découlent trois pôles d’intérêt : l’étude des sources de perturbations, l’étude des couplages et, enfin, l’étude de l’impact des perturbations sur une « victime ». Les études CEM ont pour but d’améliorer la cohabitation entre les éléments susceptibles d’émettre des perturbations électromagnétiques et/ou d’y être sensibles. Ainsi nous allons dans un premier temps définir ce qu’est exactement la CEM avec des exemples concrets. Ensuite nous verrons leurs aspects fondamentaux et l’origine des perturbations. Enfin nous présenterons les activités liées à la compatibilité électromagnétique. Actuellement ce domaine est particulièrement important car les dispositifs électriques et électroniques sont de plus en plus nombreux, complexes et stratégiques (électronique de bord d'un avion par exemple) donc vulnérables à la pollution électromagnétique avec des conséquences très importantes. I-2. NOTIONS INTRODUCTIVES A LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE I-2-1. Définition de la Compatibilité Electromagnétique CEM La Compatibilité Electromagnétique CEM ou EMC electromagnetic compatibility (en appellation anglaise) est la faculté qu'a un dispositif, un appareil ou un système à fonctionner de façon satisfaisante dans son environnement électromagnétique, sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour quoi que ce soit dans cet environnement. La compatibilité électromagnétique prend ainsi un triple aspect :  Tout appareil fonctionne de façon satisfaisante dans son environnement électromagnétique. Cela signifie que chaque appareil résiste aux agressions que constituent les perturbations provenant du milieu, et donc qu’il est immunisé contre celles-ci : son niveau d’immunité est suffisamment élevé ;  aucun appareil ne doit produire lui-même de perturbations électromagnétiques intolérables pour tout ce qui se trouve dans son environnement. On comprend que son niveau d’émission de perturbations pour ledit environnement doit être suffisamment bas pour que tout ce qui figure dans cet environnement lui soit insensible.  Ne pas interférer avec lui-même (auto-compatibilité). La définition de la CEM met donc en lumière les trois notions fondamentales (Fig. I-1) : — le niveau d’émission, caractérisant quantitativement la production de perturbations par l’appareil ; — le niveau d’immunité, caractérisant la résistance de l’appareil aux agressions que constituent les perturbations en provenance de son environnement ; Chapitre I Introduction à la Compatibilité Electromagnétique C.E.M 4 Dr. H. Miloudi. & Pr. A. Bendaoud Compatibilité Electromagnétique CEM — l’environnement électromagnétique [1, 2, 3]. I-2-2. Exemples de problèmes CEM a- L'usage du téléphone portable peut nuire au bon fonctionnement de certains appareils, c’est pourquoi il est strictement interdit (en Europe par exemple) dans les hôpitaux, les stations-service et les avions. b- Une automobile moderne contient plus d’un kilomètre de fils électriques, elle se comporte donc comme une antenne qui émet et capte des ondes électromagnétiques. Le phénomène s’est amplifié avec l’augmentation vertigineuse du nombre de composants électroniques embarqués et le multiplexage. I-2-3. Exemples de dysfonctionnements graves dus à la CEM - En 1967 : destruction du porte avion Forrestal : un radar provoque la mise à feu d’une roquette qui détruit un avion et par effet boule de neige tout le porte avion. - En 1980 : les premiers allumages électroniques d’automobile sont perturbés par les Talky walky de la police. - En 1982 : destruction du croiseur Sheffield par un missile: le système de contre-mesures était brouillé par les communications satellitaires. - En 1990 : déclenchement de l’airbag lors de l’actionnement du klaxon (célèbres berlines allemandes). … sans compter tous les plus petits dysfonctionnements dans tous les systèmes électriques qui se traduisent par des pertes de données, de temps et d’argent [5]. I-2-4. La compatibilité électromagnétique en trois questions I-2-4-1. Quel est l’objectif de la CEM ? La compatibilité électromagnétique (CEM) est la discipline qui a pour objet d'étudier les problèmes de cohabitation électromagnétique, sa vocation est : • D’étudier les transferts d'énergie non intentionnels entre systèmes électriques et/ou électroniques ; • De mettre au point des procédés permettant de limiter les perturbations électromagnétiques émises et ainsi de satisfaire à la réglementation en vigueur ; • De mettre au point des procédés permettant d'accroître l'immunité des systèmes aux parasites dans des limites faisant également l'objet de réglementations. Système électronique Émission Susceptibilité Auto perturbation Environnement électromagnétique Fig. I-1. Représentation des trois composantes CEM Chapitre I Introduction à la Compatibilité Electromagnétique C.E.M 5 Dr. H. Miloudi. & Pr. A. Bendaoud Compatibilité Electromagnétique CEM I-2-4-2. Qui est concerné ? - Le fabricant ou / et l’importateur, - La personne qui commercialise le produit, - L’utilisateur. Les fabricants de matériels ont été les premiers à être concernés par la CEM. Depuis 1996, seuls les produits qui sont conformes à la réglementation en vigueur sur la CEM et portant le marquage CE peuvent être commercialisés en France et dans l’Union Européenne par exemple. I-2-4-3. Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ? L’utilisation d’équipements électroniques se multiplie dans tous les domaines d’activités, qu’ils soient grands publics, industriels ou militaire. Les technologies employées dans la conception et le développement des matériels électroniques reposent sur les trois paramètres suivants :  la rapidité de commutation (vitesse des microprocesseurs),  les faibles énergies mises en œuvre pour basculer d’un état à un autre,  le haut niveau d’intégration des composants. Quatre facteurs se conjuguent pour rendre sans cesse plus importants les problèmes de perturbations électromagnétiques : 1) Les dispositifs de contrôle-commande et de mesure comprennent désormais des composants électroniques travaillant à des niveaux de tension de plus en plus bas ; cela entraîne, si aucune précaution particulière n’est prise, une plus grande sensibilité de ces équipements aux perturbations auxquelles ils sont normalement soumis. 2) La multiplication des systèmes capables de couper brusquement des puissances importantes (thyristors, triacs) engendre une prolifération d’impulsions à front raide susceptibles d’influencer les matériels sensibles. 3) Les dispositifs perturbateurs et les matériels sensibles à ces perturbations sont de plus en plus intégrés aux mêmes ensembles. Les perturbations sont transmises par conduction ou par rayonnement avec une atténuation d’autant plus faible que les deux types d’éléments sont plus rapprochés. 4) Une insensibilité très grande est exigée notamment pour les dispositifs de traitement de l’information, en rapport avec les importantes conséquences économiques des défaillances de ces systèmes. Pour toutes ces raisons, il devient de plus en plus nécessaire de ne pas se contenter de définir un cahier de charge plus ou moins efficace, mais plutôt de dégager, par une étude systématique, une philosophie générale pour la maîtrise de l’ensemble des phénomènes [6]. I-2-5. Historique On pourrait faire remonter l’histoire de la compatibilité électromagnétique au tout début des transmissions radio (1901 : Marconi réalise la première transmission à travers l’Atlantique). Mais si Chapitre I Introduction à la Compatibilité Electromagnétique C.E.M 6 Dr. H. Miloudi. & Pr. A. Bendaoud Compatibilité Electromagnétique CEM l’on constatait déjà la présence d’interférences, il suffisait à cette époque de changer de fréquence d’émission pour résoudre le problème. Avec la multiplication des émetteurs, les problèmes sont devenus plus sensibles, et en 1933 la Commission Electrotechnique Internationale C.E.I) a recommandé la création d’un comité spécial sur les interférences radio comité international spécial de perturbations radioélectriques (CISPR). Ce dernier a établi les méthodes de mesures et de recommandations sur les limites de niveaux d’émissions admissibles. Avec l’avènement du transistor (1950), puis les circuits intégrés (1960), et la tendance à remplacer le traitement analogique des signaux par un traitement numérique (dès 1970), les vitesses et donc le domaine fréquentiel des perturbations n’ont fait que croître et les problèmes de compatibilité s’empirent. Avec la multiplication des ordinateurs personnels, et l’augmentation des vitesses d’horloge, le problème est devenu crucial, si bien que d’une base volontaire (recommandation), les pays en sont arrivés à imposer des normes (CENELEC (Comité Européen de Normalisation électrotechnique) en Europe, FCC (federal communications commission) aux USA), toutes basées sur les recommandations CEI, à quelques variations spécifiques près. Ces normes sont destinées à limiter la « pollution » électromagnétique, et par conséquence, à concevoir des équipements et des composants capables de travailler correctement en présence de ces niveaux, mais seuls les essais d’émission sont exigés. Elles distinguent les applications à usage domestique (un PC interfère avec le récepteur TV voisin) où les niveaux admis et les distances entre émetteur et récepteur des perturbations sont les plus faibles, et les autres applications en milieu industriel [7, 8]. I-3. ASPECTS FONDAMENTAUX DE LA CEM I-3-1. Schéma CEM « source/chemin de propagation /victime » Lors de l’analyse d’une perturbation électromagnétique, on constate que le problème englobe trois éléments : une source de perturbation qui émet de l’énergie électromagnétique, un canal de couplage au travers duquel l’énergie de ces perturbations se propage et enfin un récepteur qui capte cette énergie, la traite et la superpose à sa fonction normale (Fig. I-2). Si les perturbations reçues par ce dernier sont trop élevées et provoquent des interférences, on parle alors de victime de ces perturbations. L’amélioration de la CEM est obtenue par différents types d’actions : uploads/Industriel/ chap-01-cours-cem.pdf