la compatibilite electromagnetique

LA COMPATIBILITE
ELECTROMAGNETIQUE
Gildas MANIC
Yann GAVET
17 avril 2000
1
Table des matières
1 DEFINITION
1.1 Les parasites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Définition de la CEM . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Les sources de perturbations . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1 Les phénomènes radioélectriques . . . . . . .
1.3.2 Les phénomènes transitoires ou impulsionnels .
1.4 La propagation des perturbations . . . . . . . . . . . .
1.5 Les risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Lois et Normes
2.1 Définition des Normes de CEM .
2.2 Normes fondamentales . . . . .
2.3 Normes Génériques . . . . . . .
2.4 Normes familles produits . . . .
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3 Moyens mis en oeuvre pour améliorer la compatibilité des installations.
3.1 Choisir des câbles appropriés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 blindage des câbles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Fréquences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Nature du blindage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.3 Continuité du blindage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.4 Raccordement du blindage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Conseils de câblage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 Câblage dans un coffret ou dans une armoire contenant du matériel électronique sensible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2 Prises et connecteurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3 Fils libres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4 Fil aller et fil retour. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5 Alimentation par prise commune. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Cheminement des câbles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Couvercle métallique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2 Câbles non blindés, hors chemin de câbles. . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4 Exemples concrets
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4.1 Application de la compatibilité électromagnétique dans l’industrie des télecommunications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1.1 Etude de CEM chez France telecom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1.2 Etude de compatibilité électromagnétique “classique” . . . . . . . . . . . 18
4.1.3 Protection des installations contre la foudre.
18
2
4.1.4
4.2
4.3
Protection des installations contre les décharges d’électricité statiques
(DES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.5 Protection des équipements contre les émissions radioélectriques. . . .
4.1.6 Pouvoir perturbateur des équipements électroniques. . . . . . . . . . .
4.1.7 Tendances de la recherche en CEM pour les années 2000 dans le secteur
des télecommunications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Interférences électromagnétiques entre téléphones cellulaires et stimulateurs cardiaques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Problèmes suivant les différentes catégories. . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Distances à risques et distances de sécurité. . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4 Nombres de pacemakers et de patients pouvant être exposés aux risques
d’interférences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Effets biologiques des ondes électromagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Généralités. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Etudes futures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Conclusion
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3
1 DEFINITION
L’électronique est de plus en plus présente dans la vie courante. En effet, il suffit de penser aux
matériels comme les téléphones portables, les ordinateurs, les radios et auto-radios, mais aussi à
des appareils médicaux comme les pacemakers. Ces appareils sont de plus en plus sophistiqués,
et donc sensibles aux perturbations électromagnétiques rencontrées dans leur environnement.
1.1
Les parasites
Dès que des informations sont présentes sous forme électrique, on peut noter des perturbations électromagnétiques temporaires. Ces signaux se propagent soit par rayonnement, soit par
conduction le long de différents conducteurs. Dans la majorité des cas, ces deux phénomènes
physiques sont couplés : un courant induit se propage dans les conducteurs reliés ou proche de
la source de signaux (canalisations de chauffage, tuyau d’eau, fer à béton, etc.).
Milieu de couplage
−Rayonnement
−Conduction
Source de perturbation
Système Victime
La compatibilité électromagnétique
Les signaux parasites sont créés par des variations rapides de tension ou de courant à travers
des conducteurs. Ils peuvent venir se superposer à d’autres signaux et les brouiller.
1.2
Définition de la CEM
La CEM (Compatibilité électromagnétique) est un domaine très réglementé.
La compatibilité ElectroMagnétique (CEM ou EMC ElectroMagnetic Compatibility) d’un équipement ou d’un système électrique caractérise son aptitude à fonctionner de manière satisfaisante dans son environnement, et sans y occasionner
lui-même de perturbations gênantes.
La CEM est une expression qui regroupe deux notions : le pouvoir perturbateur (émissivité) et
l’immunité aux perturbations (susceptibilité). L’immunité correspond aux mesures de protections envisagées pour rendre les équipements insensibles aux perturbations. La CEM s’intéresse
donc à tout ce qui est phénomène électromagnétique (sources d’émission, couplage), protection
(immunité des équipements, blindage, filtrage), effets biologiques et normalisation.
4
1.3
Les sources de perturbations
Les sources de perturbations sont nombreuses ; ils proviennent de phénomènes radioélectriques et de phénomènes impulsionnels ou transitoires.
1.3.1
Les phénomènes radioélectriques
Ils conduisent à mener des études de quelques kHz à des dizaines de GHz.
Ce sont les brouillages entre systèmes radioélectriques ainsi que les perturbations au niveau
des réceptions.
1.3.2
Les phénomènes transitoires ou impulsionnels
Ce sont des signaux qui peuvent être rapides et énergétiques.
C’est par exemple la foudre, les surtensions dans les réseaux de télécommunication, les décharges d’électricité statique ou l’impulsion électromagnétique nucléaire (IEMN).
5
1.4
La propagation des perturbations
SOURCE ELEMENTAIRE
i(t)
VICTIME ELEMENTAIRE
E(t)
i(t)
H(t)
S
EMISSION
RECEPTION
Couplage électromagnétique élémentaire
Un conducteur parcouru par un courant variable dans le temps induit un champ électromagnétique variable dans le temps et dans l’espace. De même, un conducteur présent dans un champ
magnétique variable développera un courant en son sein.
Ces phénomènes expliquent une grande partie des mécanismes de création, de réception et
de propagation des signaux, parasites ou non. Le couplage dépend de la longueur d’onde des
phénomènes, ainsi que de la longueur relative des conducteurs par rapport à celle-ci.
La CEM est en général un compromis entre les sources, la sensibilité et le couplage, pour un
niveau de prix et de fonctionnement acceptables. Il est à noter que la sécurité des personnes sera
considérée avant tout.
1.5
Les risques
Ces problèmes semblent anodins. Cependant, ils engendrent des risques dans des domaines
comme le médical, les télécommunication, le militaire.
6
Dans le domaine médical, il s’agit de s’assurer que les appareils fonctionnant dans les hopitaux comme sur des patients ne subiront aucune interférence avec des sources extérieures.
De même, pour les télécommunications, où les données transitant peuvent être altérées. Enfin,
les militaires s’occupent particulièrement des problèmes de confidentialité des données. L’analyse des rayonnement électromagnétiques est un mode de piratage informatique aujourd’hui bien
connu, même s’il faut des moyens que le citoyen lambda n’a pas.
2 Lois et Normes
Les normes sont proportionnelles aux enjeux. Elles sont nombreuses et contraignantes, mais
nécessaires. Il est important de constater que les fabricants peuvent avoir des intérêts contradictoires, c’est à dire qu’ils peuvent vouloir en faire le moins possible par rapport aux émissions
électromagnétiques, ou bien qu’ils sont enclins à vouloir réduire leur effort sur la susceptibilité.
Les niveaux d’émission ou de susceptibilité ainsi que les limites et les marges de sécurité sont
définies dans la norme CEI 1000-1-1.
Les normes sont différentes selon les systèmes. Dans les systèmes fermés (avions, voitures...),
il n’y a pas de norme. Les constructeurs établissent eux-même leurs niveaux d’émission et d’immunité. Dans les systèmes ouverts, le législateur impose des niveaux perturbateurs à ne pas
dépasser.
L’accord international sur les télécommunications (IVF) stipule l’obligation de maintenir le
niveau perturbateur à une valeur la plus faible possible. Dans la plupart des pays, les différentes
réglementations des autoritités nationales tiennent compte du niveau de perturbations radioélectriques défini par l’IFV. C’est ainsi que tous les problèmes de parasitage et d’antiparasitage radio
relèvent des administrations de télécommunication. C’est pourquoi celles-ci fixent des niveaux
perturbateurs admissibles pour l’industrie et l’habitat et, par conséquent, les limites de l’émissivité et de la susceptibilité.
Les limites de l’émissivité sont fixées en fonction du niveau de perturbations ambiant naturellement présent ainsi que les nécessités et possibilités de la couverture radio. Les limites
d’émissivité sont basées sur des valeurs définies dès 1939 par le CISPR, valeurs qui bien évidemment ont évolué depuis lors et ont été adaptées aux exigences du monde moderne.
Les limites de susceptibilité mises au point ces dernières années tiennent compte non seulement des perturbations courantes (tensions, intensités de champ) mais aussi du potentiel de risque
en cas d’incident. C’est pourquoi les prescriptions relatives l’immunité concernant l’électronique
auto, les équipements militaires et les contrôles de processus industriels sont beaucoup plus sévères que pour les récepteurs de radiodiffusion où les perturbations n’ont pas d’autre incidence
qu’un certain agacement de l’auditeur.
2.1
Définition des Normes de CEM
Le concept de CEM décrit tout d’abord un phénomène physique et technique. Chacun sait
qu’un grand nombre, de lois, prescriptions et normes sont liées à ce concept. Nous allons tout
7
d’abord voir pour quelle raison les normes et prescriptions sont aussi nombreuses. Il existe des
normes pour
– les limites, c’est-à-dire les valeurs maximales d’émissivité et les valeurs minimales de
susceptibilité,
– les méthodes de mesure et
– les appareils de mesure.
Chacun comprendra la nécessité de fixer des limites. La fixation de limites suppose que les grandeurs de CEM puissent être mesurées de façon reproductible et ce, indépendamment du lieu et
du moment où elles ont été effectuées. Le modèle de perturbations présenté plus haut induit la
procédure à suivre pour réaliser une mesure de CEM. Pour les mesures de susceptibilité, l’appareil de mesure remplace la source de perturbations et pour les mesures d’émissivité, il remplace
le système soumis aux perturbations.
La simulation du coupleur entre la source de perturbations et le système perturbé pose un
problème. Prenons un exemple simple : les paramètres du signal délivré par exemple par un générateur de signaux à sortie coaxiale peuvent être mesurés de façon reproductible, aussi bien
dans le domaine temporel que fréquentiel, par n’importe quel technicien. Pour mesurer les perturbations émises par un appareil aussi simple soit-il, par exemple, un équipement de cuisine,
le technicien va immédiatement se demander où raccorder l’appareil de mesure. Le problème se
pose pour toutes les mesures de perturbations car l’énergie perturbatrice est émise par la source
à travers des voies non définies. Le même problème existe pour les mesures de susceptibilité. Ici
aussi, on manque d’une interface définie.
Les normes de mesure de CEM ont pour objet de définir des interfaces artificielles de façon
à ce que le pouvoir perturbateur puisse être mesuré de façon reproductible. Elles décrivent avec
précision les modalités de montage de l’équipement à tester, les caractéristiques de l’environnement, les appareils de mesure à utiliser et les dispositions à prendre pour que l’objet sous test
émette un maximum de perturbations. Cela entraîne par exemple l’obligation de raccorder des
câbles à l’équipement sous test même si ceux-ci ne sont pas nécessaires pour tous les modes
de fonctionnement, l’obligation de pouvoir modifier la position de ces câbles jusqu’à ce que la
perturbation atteigne sa valeur maximale et de pouvoir modifier le mode de fonctionnement et
la tension de service. En d’autres termes, l’équipement sous test doit être mis en service dans
les conditions les plus défavorables, c’est-à-dire dans lesquelles son pouvoir perturbateur est
maximum.
Le montage prescrit pour la mesure des tensions perturbatrices des petits appareils électrodomestiques - les points suivants sont à respecter :
– Paroi conductrice (masse de référence) d’au moins 2 m x 2 m
– Plateau de bois de plus de 80 cm de hauteur
– Distance de 40 cm entre l’équipement sous test et la paroi
– Distance 80 cm entre l’équipement sous test et le réseau fictif
– Caractéristiques du câble (longueur = 80 cm, tracé non rectiligne)
– Raccordement du réseau fictif à la masse de référence (faible longueur et faible inductance)
8
Des montages de mesure similaires sont prévus pour toute une série d’autres appareils (outillages
à main, calculateurs de table).
Ce simple exemple montre à quel point la description de "l’interface CEM" doit être méticuleuse pour fournir une bonne reproductibilité des mesures. Les appareils de mesure de CEM
ont pour fonction de simuler une source de perturbations ou un système perturbé normalisé. Ils
doivent donc se comporter de la même façon que la source de perturbations ou le système perturbé placé dans un environnement électromagnétique correspondant. Cela implique d’utiliser
des appareils de mesure CEM et des dispositifs de couplage différents en fonction des applications de l’équipement à tester.
Lors des mesures d’émissivité effectuées en vue de protéger la réception d’émission radiodiffusées, le récepteur de mesure a pour fonction de décrire la réaction du récepteur de radiodiffusion et de l’auditeur/téléspectateur. A cet effet, le récepteur de mesure comporte différentes
bandes passantes correspondant à peu près aux largeurs de bande utilisées par les différents services de radiodiffusion. ainsi qu’un circuit de détection simulant la réaction de l’être humain à la
perturbation. La détection quasi-crête fournit des valeurs qui, pour la majorité des perturbations
impulsionnelles, dépendent de la fréquence des impulsions. Des essais ont notamment montré
que l’être humain est moins gêné par les perturbations impulsionnelles à faible fréquence, par
exemple 10 Hz, que par celles à fréquence plus élevée, par exemple 150 Hz. La détection quasicrête nécessite que le récepteur de mesure présente une excellente dynamique ne pouvant être
obtenue qu’avec une configuration définie. C’est la raison pour laquelle la norme CISPR relative
aux récepteurs de mesure à détection quasi-crête va jusqu’à indiquer le schéma synoptique du
récepteur.
L’être humain est particulièrement sensible aux perturbations générées par des signaux sinusoïdaux. En radiodiffusion sonore, elles se traduisent par un sifflement et en télévision par un
effet de moirage. Les mesures de signaux continus présentant des perturbations impulsionnelles
nécessitent de recourir à une détection de valeur moyenne.
Si le système soumis aux perturbations est un calculateur, un dispositif de commande militaire ou industriel, la fréquence de répétition des impulsions perturbatrices ne joue en général
aucun rôle. Une seule impulsion de niveau élevé suffit à "planter" un calculateur. C’est pourquoi
les mesures de CEM dans le domaine militaire sont effectuées en détection crête et comparées
avec des limites-crête.
Les récepteurs de mesure de perturbations de type universel sont donc dotés d’au moins trois
modes de détection : valeur moyenne, quasi-crête et crête.
Il en va de même pour les générateurs destinés à simuler la source de perturbations : pour
les mesures d’immunité sur les récepteurs radio et TV, on utilise essentiellement des signaux
perturbateurs modulés en amplitude pour simuler la conduction sur les lignes d’antennes des
perturbations provenant d’émetteurs fonctionnant à des fréquences proches ainsi que le rayonnement direct provenant de stations d’émission voisines. Dans le domaine industriel et militaire, on
rencontre également un grand nombre de perturbations impulsionnelles arrivant à l’équipement
sous test par conduction à travers les lignes d’alimentation et de commande.
Les appareils de mesure doivent par conséquent répondre à des exigences très différentes les
unes des autres. En ce qui concerne les récepteurs de mesure, ces exigences peuvent être satis9
faites par un seul appareil dont l’utilisateur peut sélectionner la bande passante, le démodulateur
et la constante de temps en fonction des besoins de la mesure. En ce qui concerne les générateurs
de perturbations, il est en général nécessaire de recourir à des appareils spécifiques pour chaque
type de mesure.
2.2
Normes fondamentales
Les deux paragraphes qui suivent ont été intégralement repris sur des sources internet. Il
nous a semblé de les inclure dans le rapport, mais il aurait été idiot de développer ces points par
nous-même.
Les normes fondamentales définissent et décrivent le problème posé par la compatibilité électromagnétique, les méthodes de mesure et de test, les moyens de mesure de base et les montages
de mesure. Elles n’indiquent aucune limite et n’établissent aucun critère de dégradation du fonctionnement.
Les normes internationales CISPR 16 et CEI 1000 sont des normes CEM fondamentales :
CISPR
16/1987 Dernière édition complète : Spécifications relatives aux appareils et méthodes de mesure de perturbations radioélectriques
CISPR
16-1/1993 Première partie de la nouvelle édition : Spécifications relatives aux appareils et méthodes de mesure de perturbations radioélectriques. Partie 1 : Appareils
pour la mesure de perturbations radioélectriques et de la susceptibilité (nota : aucune
norme EN n’est prévue pour cette norme).
Le comité technique 77 de la CEI a mis au point la norme fondamentale CEI 1000 comportant
les parties suivantes (le "x" correspond aux sections) :
– CEI 1000-1-x Partie 1 : Généralités : introduction, principes de base, définitions
– CEI 1000-2-x Partie 2 : Environnement électromagnétique : classification, niveaux de
compatibilité
– CEI 1000-3-x Partie 3 : Limites : émissivité et susceptibilité électromagnétique
– CEI 1000-4-x Partie 4 : Appareillages et méthodes de mesure
– CEI 1000-5-x Partie 5 : Installation d’appareils et de systèmes respectant les principes de
CEM
– CEI 1000-9-x Partie 9 : Questions diverses
L’importante partie 4 comporte les sections suivantes (les sections 1 à 6 ont été élaborées à
partir de la série CEI 801 rédigée par le comité technique 65 pour les matériels de mesure et de
commande dans les processus industriels. La norme 1000-4-2 est par exemple issue de la norme
CEI 801-2) :
– CEI 1000-4-1 Vue d’ensemble sur les méthodes de mesure d’immunité
– CEI 1000-4-2 Immunité aux décharges électrostatiques ESD)
– CEI 1000-4-3 Immunité aux champs électromagnétiques haute fréquence
– CEI 1000-4-4 Immunité aux perturbations transitoires électriques rapides en salves
– CEI 1000-4-5 Immunité aux surtensions transitoires
10
– CEI 1000-4-6 Immunité aux perturbations conduites haute fréquence
– CEI 1000-4-7 Guide général relatif aux mesures d’harmoniques et d’interharmoniques
ainsi qu’à l’appareillage de mesure , applicable aux réseaux d’alimentation et aux appareils
qui y sont raccordés
– CEI 1000-4-8 Immunité aux champs magnétiques à la fréquence du réseau
– CEI 1000-4-9 Immunité aux champs magnétiques impulsionnels
– CEI 1000-4-10 Immunité aux champs magnétiques oscillatoires amortis
– CEI 1000-4-11 Immunité aux creux de tension, coupures brèves et variations de tension
2.3
Normes Génériques
Les normes génériques sont des normes se rapportant à un environnement déterminé. Elles
fixent une série de spécifications et de tests applicables à tous les produits et systèmes mis en
oeuvre dans cet environnement, ceci à condition que ces produits et systèmes ne fassent pas l’objet de normes CEM spécifiques. Des normes génériques ont été spécifiées pour les applications
suivantes :
– Résidentiel, commercial et industrie légère
– Industrie
Les normes génériques concernant la susceptibilité électromagnétique distinguent trois catégories de dégradation du fonctionnement lorsque l’appareil ou l’installation est soumis à des perturbations électromagnétiques :
– Le fonctionnement de l’équipement sous test n’est pas dégradé (catégorie A)
– L’équipement sous test a un fonctionnement dégradé mais il refonctionne normalement
lorsque la grandeur perturbatrice disparaît (catégorie B)
– Perte de fonctionnement pendant le test mais retour à un fonctionnement correct après un
nouveau réglage de l’équipement sous test (catégorie C)
Les normes génériques publiées jusqu’ici renvoient à d’autres normes, projets de normes ou
travaux issus de comités de normalisation qui n’ont pas encore été publiés sous forme de projets
de normes. C’est ainsi que la norme générique EN 50 081-1, relative à l’émissivité contient les
normes
– EN 55 022 : Hautes fréquences rayonnées et conduites
– EN 55 014 : Perturbations impulsionnelles conduites
– EN 60 555-2 : Niveaux d’harmoniques des appareils électriques
– EN 60 555-3 : Variation de la tension d’alimentation
applicables au domaine résidentiel, commercial et à l’industrie légère.
Pour les mêmes domaines d’application, la norme générique EN 50 082-1, relative à l’immunité contient les normes
– CEI 801-3 :1984 Energie haute fréquence rayonnée
– CEI 801-2 :1984 Décharges électrostatiques
– CEI 801-4 :1984 Transitoires rapides
Immunité de l’équipement sous test, boîtier :
11
– Champ magnétique à la fréquence du réseau selon CEI 1000-4-8 :1993 (pour les appareils
sensibles aux champs magnétiques)
– Champ électromagnétique haute fréquence, modulé en amplitude (80 à 1000 MHz) selon
ENV 50 140 :1993
– Champ électromagnétique haute fréquence, modulé en impulsions (900 et éventuellement.
1890 MHz) selon ENV 50140
– Décharges électrostatiques selon CEI 1000-4-2
Immunité des connecteurs pour lignes de signaux et de commande :
– Perturbations en mode commun haute fréquence selon ENV 50 141 :1993 (0,15 à 80 MHz)
– Transitoires rapides en mode commun selon CEI 1000-4-4 :1993
Immunité des entrées et sorties secteur en courant continu :
– Perturbations en mode commun haute fréquence selon ENV 50 141 :1993 (0,15 à 80 MHz)
– Surtensions transitoires en mode commun et Push-Pull selon ENV 50 142
– Transitoires impulsionnels rapides en mode commun selon CEI 1000-4-4
Immunité des entrées et sorties secteur en courant alternatif :
– Perturbations en mode commun haute fréquence selon ENV 50 141 :1993 (0,15 à 80 MHz)
– Creux de tensions selon EN 61 000-4-11
– Brèves coupures de tension selon EN 61 000-4-11
– Surtensions transitoires en mode commun et Push-Pull selon ENV 50 142
– Transitoires impulsionnels rapides en mode commun selon CEI 1000-4-4 :1993
Immunité des connecteurs de masse électrique :
– Perturbations en mode commun haute fréquence selon ENV 50 141 (0,15 à 80 MHz)
– Transitoires rapides en mode commun selon CEI 1000-4-4
Lorsque les prescriptions de la norme générique sont satisfaites, on est assuré sur un plan formel que les principales exigences de compatibilité électromagnétique auxquelles un produit doit
répondre seront tenues.
2.4
Normes familles produits
Les normes familles produits comprennent des normes applicables à des familles de produits
et des normes applicables à certains produits spécifiques.
La plupart des normes CEM utilisées actuellement sont des normes applicables à des familles
de produits. Elles spécifient des limites particulières à respecter pour l’émissivité et l’immunité
d’une catégorie déterminée d’appareils (p.ex. outillages électroportatifs ou récepteurs de radiodiffusion). Elles indiquent également comment les mesures doivent être effectuées et surtout
les conditions d’exploitation de l’équipement sous test. Les limites précisées dans ces normes
doivent toujours être en harmonie avec celles des normes génériques. Elles ne peuvent en aucun
cas être moins sévères. Lorsqu’une norme existe pour une famille déterminée de produits, elle
est toujours prioritaire par rapport aux normes génériques.
On parle de normes applicables à des produits spécifiques lorsque les spécifications CEM
auxquelles doit satisfaire un produit sont intégrées dans une autre norme concernant ce produit.
12
Dans ce cas, les paragraphes concernant la CEM doivent être clairement mis en évidence et
repérés comme tels.
3 Moyens mis en oeuvre pour améliorer la compatibilité des
installations.
Fabricants, importateurs, installateurs ou exploitants de matériels électriques et électroniques
sont tous concernés par l’entrée en vigueur de la réglementation sur la compatibilité électromagnétique. Nous allons dans cette partie présenter différents moyens qui permettent de limiter
l’incidence des perturbations électromagnétique et de limiter l’émission d’ondes électromagnétiques parasites. On peut distinguer plusieurs méthodes d’approche pour limiter le phénomène
.
3.1
Choisir des câbles appropriés.
Les problèmes de compatibilité électromagnétique proviennent pour la plupart des câbles
d’alimentation ou de circulation d’informations. Il est donc important de bien pouvoir choisir les
câbles appropriés pour limiter les risques. On peut notamment prendre :
1. les câbles avec blindage métallique (écran, tresse, feuillard). L’écran autour du câble permet d’atténuer l’influence des champs perturbateurs de hautes fréquences.
2. la paire torsadée. Il s’agit d’un câble dont le conducteur aller et le conducteur retour sont
torsadés afin que les effets d’un champ magnétique sur les 2 conducteurs s’annulent.
3. la paire torsadée blindée. Ce type de câble combine les 2 aspects ci-dessus. Il est préconisé
dans les applications très sensibles.
4. le fibre optique. Insensible aux perturbations électromagnétiques, la fibre optique est de
plus en plus utilisée, d’autant plus que les fabricants proposent maintenant des câbles
fiables, robustes et d’utilisation facile. Une des contraintes réside dans l’utilisation des
convertisseurs courant/optique et inverse. D’autre part, pour la CEM, la fibre optique contenant un renfort métallique est à éviter, et plus particulièrement pour des liaisons entre bâtiments.
5. les câbles avec blindage ferrite (ou métallique et ferrite). Le blindage ferrite est constitué
d’un élastomère chargé de poudre de ferrite. Son efficacité est bonne en hautes fréquences.
Un tresse ou un feuillard métallique épais peut être utilisé comme deuxième blindage, si
nécéssaire, pour arrêter les champs basse fréquence. Ce type de câble convient parfaitement
pour assurer, par exemple, l’alimentation basse fréquence d’un appareil sensible.
Il est difficile pour un utilisateur ou un installateur de choisir parmi les câbles ci-dessus le type
de câble le plus approprié à utiliser pour raccorder un appareil dans de bonnes conditions de
compatibilité. Par conséquent, le choix doit être généralement guidé par les recommandations
des fabricants des appareils concernés.
13
3.2
blindage des câbles.
L’efficacité du blindage dépend de la fréquence des signaux perturbateurs, de la nature du
blindage et de son raccordement.
3.2.1
Fréquences.
Le type du blindage doit être choisi en fonction de la fréquence du signal perturbateur. Par
exemple, dans le cas d’un blindage par tresse, plus la fréquence du signal perturbateur est élevée,
plus la liaison courant faible risque d’être perturbée et nécessitera protection.
3.2.2
Nature du blindage.
On peut obtenir des fabricants de câbles les caractéristiques CEM de leurs produits, telles
que les courbes d’efficacité du blindage des différents câbles en fonction de la fréquence, ainsi
que l’impédance de transfert.
3.2.3
Continuité du blindage.
Pour être efficace, le blindage doit être continu. Il faut s’assurer qu’il n’y a pas d’interruptions
au niveau des raccordements et des dérivations.
3.2.4
Raccordement du blindage.
Il est très important de réaliser correctement le raccordement du blindage à la masse équipotentielle, sinon le blindage lui-même agirait comme une source de perturbations, captant et
émettant des signaux parasites. Le blindage doit être raccordé aux parois et enveloppes métalliques qu’il traverse. Le raccordement de certains blindages légers, par exemple, les feuillards en
plastique métallisé, peut présenter des difficultés en particulier pour assurer la qualité de contact
souhaitée, sur 360 .
3.3
3.3.1
Conseils de câblage.
Câblage dans un coffret ou dans une armoire contenant du matériel électronique
sensible.
Les interconnexions réalisées de manière quelconque sont à proscrire. Pour réduire les perturbations, il est recommandé d’opter pour un cheminement des câbles et filerie le long des parois
métalliques, en prenant soin de séparer les courants faibles des courants forts.
3.3.2
Prises et connecteurs.
Après avoir pris toutes les précautions ci-dessus, il serait regrettable de négliger la compatibilité au niveau du connecteur. Lorsque des fils de circuits analogiques et numériques doivent
14
être raccordés à un même connecteur, il est conseillé de regrouper l’analogique d’un côté et le
numérique de l’autre et que les 2 fils d’une paire soient contigus.
3.3.3
Fils libres
Dans un câble, il se peut que tous les fils ne soient pas utilisés. On peut avoir laissé des fils
de réserve. Si ces conducteurs sont laissés libres et non reliés à un potentiel de référence, ils
peuvent capter et émettre des perturbations. Il est conseillé de les mettre à la masse en les fixant
directement à la tôle équipotentielle.
3.3.4
Fil aller et fil retour.
Les fils aller et retour connectés à un appareil sensible doivent rester toujours voisins.
3.3.5
Alimentation par prise commune.
Sur certains appareils, tels que les appareils de traitement de l’information, il n’y a pas toujours de masse équipotentielle accessible, ni de point de raccordement équipotentiel autre que la
liaison assurée par la prise d’alimentation. Il est hautement conseillé d’alimenter deux appareils
qui communiquent, par exemple un ordinateur et une imprimante, à partir d’une même prise.
3.4
Cheminement des câbles.
Si les câbles de sensibilités différentes cheminent à proximité les uns des autres, les conditions sont dès lors favorables pour la transmission des perturbations. On pourrait alors penser que
le fait de séparer et éloigner les câbles susceptibles des autres câbles améliorerait, en principe,
les conditions de compatibilité électromagnétique. Cependant, plus on éloigne les câbles, plus
on a tendance à former des boucles, sièges de perturbations sous l’effet d’un champ important,
provoqué par exemple par la foudre. C’est la cause, notamment, de nombreux incidents sur les
réseaux informatiques.
Pour éviter cela, l’utilisation de chemins de câbles métalliques communs ou contigus parait
être la meilleure solution. Elle permet de rapprocher les câbles considérablement sans risque de
couplage. Les parois métalliques du chemin de câbles agissent comme un écran vis-à-vis des
perturbations. Il faut, par conséquent, que la hauteur des parois soit supérieure à la hauteur des
câbles ou torons.
3.4.1
Couvercle métallique.
Dans le cas où un câble perturbateur et un câble sensible sont installés avec d’autres câbles
dans une même goulotte métallique, il est déconseillé de couvrir la goulotte par un couvercle
métallique, car cela favorise le couplage des deux câbles. Sans couvercle, les lignes des champs
dus au courant perturbateur sont longues. L’ajout d’un couvercle réduit la longueur des lignes
15
de champ magnétique. Il en résulte une augmentation du champ magnétique interne, ce qui augmente le couplage inductif entre les câbles d’un facteur de 2 à 4 fois par rapport au couplage
constaté sans couvercle.
3.4.2
Câbles non blindés, hors chemin de câbles.
Si les câbles ne sont pas disposés sur des chemins de câbles métalliques, la distance de séparation entre câbles sensibles non blindés et autres câbles doit être de l’ordre de 30 cm. Cette
distance de 30 cm permet de couvrir la plupart des configurations, assurant dans tous les cas une
atténuation de l’ordre de 1 pour 1000. Il est bien évident qu’on pourra envisager après étude, la
réduction de cette distance, à condition de connaître :
– la nature et les caractéristiques des perturbations (amplitudes, spectre de fréquence, énergie)
– le ou les modes de couplage
– la susceptibilité de la victime (impédence d’entrée, sensibilité des composants électroniques, bande passante)
– la longueur du parcours commun
– les caractéristiques des signaux qui circulent dans le bus (fréquence de modulation, tension
ou intensité)
3.5
Conclusions
Il existe donc un grand nombre de procédés pour améliorer la compatibilité électromagnétique des installations en travaillant simplement sur leurs câblage. Ce n’est cependant pas seulement sur les câblages qu’il faut travailler, mais ceux-ci représentent la majeure partie du problème. Pour les autres composants d’une installation, le problème devient beaucoup plus complexe, car intrinsèque à chaque composant.
4 Exemples concrets
4.1
Application de la compatibilité électromagnétique dans l’industrie des
télecommunications
De par l’importance actuelle des services de télécommunication dans l’économie, il est important de pouvoir assurer la sécurité et la fiabilité des réseaux de télécommunication. Les phénomènes électromagnétiques qui peuvent perturber leur fonctionnement sont extrêmement nombreux. Les différents travaux sur la compatibilité électromagnétique permettent de limiter les
impacts de ces perturbation, et les équipements, lorsqu’ils sont conformes aux spécifications et
aux normes de CEM, peuvent être considérés comme fiables.
La qualité de service est un objectif permanent dans l’industrie des télécommunications, et
les effets d’une étude de compatibilité électromagnétique, même s’ils ne sont pas immédiatement
bénéfiques, le sont à moyen ou à long terme.
16
Il est avant tout important de se préoccuper :
– de la protection des équipements contre les agressions électromagnétiques telles que la
foudre, qui est le premier élement perturbateur des réseaux de télécommunication, des surtensions diverses (industrielles ou liées aux réseaux de transport d’énergie), des décharges
électrostatiques et des émissions radioélectriques.
– Des perturbations produites entre équipements implantés sur un même site, qu’ils soient
radioélectriques ou non.
– Des émissions parasites créées par les équipements de télécommunication et pouvant brouiller
la réception radioélectrique (services mobiles, radionavigation aérienne, radiodiffusion et
télévision).
Ainsi, il faut prendre garde à ce que les équipements ne soient pas sensibles aux perturbations
électromagnétiques et ne soient pas eux-mêmes source de perturbation.
4.1.1
Etude de CEM chez France telecom.
Nous allons à présent étudier le type d’étude de compatibilité électromagnétique mené chez
France Telecom. Comme nous l’avons dit précédemment, la CEM vise à donner à l’opérateur
les moyens de s’affranchir des effets néfastes de l’environnement électromagnétique sur la disponibilité des équipements et sur la qualité de service, à assurer une bonne cohabitation entre
équipements de toutes natures et à faire en sorte aussi que les équipements de réseau ne polluent
pas le spectre radioélectrique.
C’est ce que France Telecom appelle la compatibilité électromagnétique “classique”, et qui
constitue la partie la plus dense en recherche. Les travaux menés sur ce sujet comprennent notamment les activités suivantes :
– Caractérisation de l’environnement électromagnétique.
– Modélisation des couplages avec les infrastructures et les équipements du réseau
– Etablissement de spécifications et validation des matériels pour les différents services d’exploitation.
Cependant, le développement récent de nouveaux et nombreux services dont les services radioélectriques, a induit de nouvelles études fort importantes dans le contexte d’une diffusion très
large de terminaux radiomobiles et de la multiplication des stations de base pour assurer une
couverture radioélectrique totale.
Ce nouveau type de travaux de compatibilité électromagnétique regroupe les thèmes suivants :
– Optimisation de l’utilisation des fréquences et vérification qu’il n’y a pas de risque de
brouillage avec d’autres systèmes. Elles constituent l’ingénierie des fréquences.
– Assurance que les champs électromagnétiques produits par des émetteurs radioélectriques
n’induisent pas de dysfonctionnements de certains appareils électroniques médicaux (stimulateurs cardiaques, pompes à insuline, équipements électroniques, hospitaliers par exemple) ;
ou de défauts sur les systèmes électroniques d’aide à la sécurité (ABS dans un véhicule automobile, électronique de contrôle d’un avion)
– Etude des effes biologiques éventuels des émissions radiélectriques.
17
4.1.2
Etude de compatibilité électromagnétique “classique”
La compatibilité électromagnétique ”classique”, qui représente le champ le plus vaste des
études de CEM mises en oeuvre, traite de toutes les questions générales de protection des équipements électroniques en général et plus particulièrement des équipements installés dans le réseau
de télécommunication.
4.1.3
Protection des installations contre la foudre.
– Généralités sur la foudre
La foudre, de part son caractère imprévisible, est la manifestation naturelle la plus impressionnante et pour laquelle une protection complète est impossible à garantir. La foudre (ou éclair
nuage-sol) peut se définir comme une décharge électrique d’origine atmosphérique entre le nuage
et la terre. Le traceur de foudre prend souvent son origine dans le nuage et forme un canal ionisé
qui se propage par bonds successifs à une vitesse de quelques 100 km/s vers la terre pour y frapper un point quelconque : on parle alors de foudre descendante. Il arrive aussi que les structures
élevées puissent constituer l’origine du canal ionisé par lequel la décharge se propage vers le
nuage : il s’agit alors de foudre ascendante. Par ailleurs, selon la polarité des charges situées à la
base du nuage, on parlera de coup de foudre positif ou négatif. Le rapport de polarité est fonction
du territoire considéré (en France, 10% des coups de foudre sont positifs). Les coups de foudre
positifs se caractérisent généralement par des effets beaucoup plus sévères.
La foudre est toujours composée d’un ou plusieurs chocs de courant correspondant soit à
des impulsions de courant élevées (plusieurs dizaines de kA) mais de brève durée (quelques 100
micro-secondes), soit aussi de longues durées (quelques dixièmes de seconde) mais de faible
intensité (quelques centaines d’ampères).
La valeur crète maximale du courant de foudre est le plus souvent la valeur de crète de la
première impulsion. La valeur de crète du courant de foudre est utile pour traiter des problèmes de
surtensions et des problèmes d’efforts mécaniques engendrés par les chocs de foudre. Le courant
de foudre détermine la chute de tension RI due à la résistance ohmique R d’un conducteur ou
d’une prise de terre. Il permet également de déterminer le champ magnétique H à une distance r
d’un conducteur rectiligne parcouru par le courant I.
De plus, un éclair peut avoir un ou plusieurs points d’impact.
Les dégâts que la foudre peut occasionner à une installation sont essentiellement dus à l’écoulement du courant de foudre à la terre et aux champs électriques et magnétiques produits, ce qui
entraîne à des degrés variables, des effets thermiques, électrodynamiques et électrochimiques.
Les différents paramètres de la foudre évoqués précédemment ne couduisent pas aux mêmes
effets ni aux mêmes modes de défaillance sur les différents matériels.
– Protection des réseaux de télécommunication contre la foudre.
Les télécommunications sont aujourd’hui en constante évolution avec notamment l’apparition de
nouvelles technologies et la mise en place d’architectures de réseaux de plus en plus complexes.
Ces réseaux associent de façon hybride les supports de transmission que sont le cuivre, la fibre
optique et les ondes hertziennes. Bien que l’introduction récente de la fibre optique dans les ré18
seaux de télécommunication s’intensifie chez tous les opérateurs, la cohabitation entre l’optique
et le cuivre se traduit encore par de nombreuses applications qui concernent en particulier la
fourniture de services numériques à hauts débits sur des supports cuivre mais également l’alimentation des répéteurs pour les réseaux optiques. Dans ce contexte, il convient de maîtriser les
problèmes de compatibilité électromagnétique pour lesquels il faut prendre en considération les
aspects nouveaux qui apparaissent en terme de pouvoir perturbateur et d’immunité des systèmes.
Avec l’apparition des ces matériels sophistiqués et fonctionnant avec des signaux numériques
bas niveau, les opérateurs, et en particulier France Telecom, font de l’optimisation de la protection contre les agressions électromagnétiques l’une de leurs préoccupations majeures. Dans
ce domaine, l’objectif de l’opérateur est d’abaisser à un niveau suffisamment bas la probabilité de dégâts matériels et de dommages corporels tout en offrant une qualité de service satisfaisante. Afin d’améliorer l’immunité du réseau de télécommunication contre ces phénomènes
perturbateurs, il est indispensable de caractériser l’environnement électromagnétique et de bien
comprendre les phénomènes de couplage au niveau des infrastructures. C’est plus particulièrement dans ce dernier contexte que sont menés des travaux ayant pour objet le développement
et l’optimisation de codes de calcul des couplages dans les installations de télécommunications
complexes. Ils constituent une étape essentielle dans la conception des éléments et méthodes de
protection. Ces recherches impliquent l’utilisation de méthodes numériques donnant une image
précise des phénomènes mis en jeu.
Les premiers travaux se sont tout d’abord concentrés sur l’étude du couplage d’une onde
électromagnétique avec des structures aériennes ou enterrées de forme relativement simple. Puis
l’aspect multifilaire des câbles de télécommunications a ensuite été abordé en modélisant, d’une
part, l’effet des torsades et en introduisant, d’autre part, la notion de conducteur équivalent qui
présente l’avantage de réduire considérablement la taille du problème à étudier. Cependant, la
complexité des réseaux de télécommunication a fait apparaître la nécessité de disposer d’outils
de simulation qui prennent en compte cet aspect dans l’évaluation de signaux parasites induits
par différentes sources électromagnétiques.
Ainsi, de façon plus concrète, s’est posé le problème du calcul des courants et tensions induits
par la foudre au niveau des équipements de l’usager. La prise en compte d’un point d’impact situé
en amont dans le réseau, voire même sur le bâtiment abritant les équipements de communications
est tout à fait essentielle. La résolution de ce type de problème est aujourd’hui facilitée par l’apparition de la topologie électromagnétique qui, associée à la théorie des lignes de transmission,
permet de disposer d’un formalisme assez simple d’emploi.
– Protection des bâtiments de France Telecom contre la foudre.
Les centres de télécommunications constituent des sites sensibles dans la mesure où ils comportent des équipements électroniques très sophistiqués. Pour de telles installations, une agression due à la foudres peut endommager des équipements et même porter atteinte à la sécurité des
personnes. De plus, il ne faut pas que l’installation de pylône et d’antennes sur les terrasses des
bâtiments de France Telecom fragilise la protection des bâtiments et des équipements des centres
vis-à-vis de la foudre et d’autres agressions électromagnétiques. Les antennes sont bien évidemment un vecteur de pénétration de la foudre si les précautions adéquates ne sont pas prises. La
protection des structures contre la foudre doit, pour être optimale, comprendre une protection
19
contre les coups directs, une protection contre les surtensions transitoires dues aux effets indirects et une équipotentialité des réseaux de terre et de masses.
Cependant, pour des considérations d’ordre économique, le besoin d’une protection contre
les effets directs de la foudre n’est pas toujours systématique, et il doit être de ce fait déterminé
dans chaque cas par une évaluation du risque de dommages. L’étude des effets directs et indirects
de la foudre sur un bâtiment de télécommunication peut être abordée de manière théorique à
l’aide du formalisme des antennes qui conduit à la résolution, par la méthode des moments, des
équations intégro-différentielles qui régissent la distribution des courants induits sur la structure
métallique du bâtiment constituée par le système de protection extérieure et le réseau de masse
maillé. Le modèle numérique ainsi développé a été validé à l’aide de résultats expérimentaux
obtenus lors de campagnes de déclenchements artificiels de la foudre menées dans différents
centres d’expérimentation.
4.1.4
Protection des installations contre les décharges d’électricité statiques (DES)
La protection des installations contre les décharges d’électricité statique (DES) est un des
autres aspects de la CEM “classique” à prendre en compte tant lors de la conception des équipements que dans le cadre de leur maintenance. La démarche globale visant à assurer la protection
électrostatique des équipements de télécommunications se différencie de moins en moins de celle
qui s’adresse aux équipements électroniques professionnels. Pour aboutir au résultat escompté,
les moyens à mettre en oeuvre sont d’une grande variété. Ils passent aussi bien par le blindage
d’un châssis que par les précautions particulières qu’ils convient de prendes lors de la manipulation des cartes électroniques. Ils font souvent l’objet d’une description dans des procédures
spécifiques. Néanmoins, malgré leur diversité, ils sont ici regroupés sous trois aspects principaux
qui concernent :
– L’élimination des charges électrostatiques.
– L’immunité des équipements aux décharges d’électricité statique.
– L’application de procédures spécifiques.
La protection électrostatique actuellement mise en oeuvre dans les centres repose essentiellement
sur l’immunité renforcée donnée aux équipements et sur les qualités électrique des planchers qui
sont installés dans ces centres. La protection passe aussi par la définitions des environnements
électrostatiques, et des recommandations pour la connexion à la terre des bracelets antistatiques
ou d’autres équipements. Enfin, on y trouve également diverses recommandations qui vont de
l’emballage des composants sensibles à la formation du personnel ou la pratique d’audits de
qualité.
4.1.5
Protection des équipements contre les émissions radioélectriques.
Bien qu’étant particulièrement utiles dans les télécommunications, certains émetteurs radioélectriques peuvent représenter une “menace” électromagnétique. En effet, un émetteur radio
produit un champ assez élevé à faible distance de l’antenne d’émission. Il peut arriver que ce
champ provoque des dysfonctionnements sur des matériels électroniques situés à proximité de
l’antenne d’émission et insuffisamment protégés. Il y a quelques années, des problèmes de per20
turbations électromagnétiques sont apparus à proximité d’émetteurs de radiodiffusion ou de télévision. A la fin des années 80, l’expérience des postes téléphoniques à courant réduit en a
donné un des tous premiers exemples, mais avec l’introduction de terminaux électroniques, les
problèmes se sont multipliés et diversifiés, se traduisant par l’écoute de la radiodiffusion ou de
cibistes dans les postes téléphoniques.
La situation s’est considérablement améliorée dès que la norme française de compatibilité
électromagnétique des postes téléphoniques et télématiques a été rendue obligatoire pour l’agrément des terminaux. Cependant, le développement de nouveaux services radioélectriques, en particulier ceux utilisant des terminaux mobiles de moyenne puissance et fonctonnant en numérique
a mis en évidence de nouveaux problèmes de CEM. En effet, dans le domaine radioélectrique,
un champ électromagnétique de 1 à 3 V*m était considéré comme assez élevé jusqu’à l’apparition et à la banalisation des terminaux GSM 8 et 2 Watts. Les normes d’immunité se limitaient
à des valeurs de ces ordes de grandeur, en général. Cependant, des études ont prouvées que les
variations produites par un GSM de 2 Watts ; donc un terminal normal, étaient très importantes.
On peut notamment observer des champs électrique très supérieurs à 3 V/m lorsque la mesure
set prise à moins de 3 cm de l’émetteur, ce qui arrive lorsqu’on utilise son téléphone. Ceci pose
un problème de compatibilité avec les normes européennes et internationales qui ont été établie
avec des champs conpris entre 1 et 10 V / m.
De plus, le principe de multiplexage temporel (AMRT) utilisé dans le système GSM implique
l’existence d’implusions de signaux RF dans la bande 900 MHz avec une fréquence de répétition
de l’ordre de 217 Hz. Ces implusions RF peuvent induire des défauts sur des appareils électroniques dont les concepteurs n’ont pas pris en compte ce type de rayonnement. En effet, de par les
non-linéarités des composants électroniques, les appareils électroniques peuvent démoduler les
impulsions de signaux radiofréquence, les traiter comme des signaux utiles et engendrer parfois
des défauts de fonctionnement de dispositifs électroniques. Deux paramètres interviennent donc
dans le mécanisme de perturbation du dispositif électronique.
– l’amplitude de la fréquence du champ électromagnétique ou des courants RF couplés au
dispositif électronique.
– le forme et la fréquence de modulation ou de répétition des signaux RF appliqués (impulsion dans le cas des radars et des systèmes fonctionnant en multiplexage temporel,
modulation d’amplitude pour les émetteurs de radiodiffusion ou de télévision).
Dans ces conditions, le rayonnement de terminaux radioélectriques pose un problème aux porteurs d’appareils électronique d’assistance médicale (aide auditive, pompe à insuline, stimulateurs cardiaques). Dans des cas extrèmes et surtout lorsqu’aucune considération de CEM n’a été
prise à la conception de ces appareils, des dysfonctionnements peuvent être mis en évidence si
l’antenne d’émission se trouve à moins de 20 cm de l’appareil médical. Les fabricants de matériel médical et de terminaux radioélectriques ont ainsi conseillé aux utilisateurs d’assistance
électronique de santé de prendre garde à l’usage de téléphones protables. De plus, les médecins
prescrivant ce genre d’appareil ont également été sensibilisés au problème.
Dans les avions, il est également interdit d’utiliser son téléphone portable de peur de poser
un problème de compatibilité électromagnétique avec l’électronique embarquée de l’appareil.
Le même problème peut se poser avec la généralisation de l’électronique dans l’automobile. Des
systèmes comme l’Air Bag ou le freinage ABS peuvent également être perturbés.
21
4.1.6
Pouvoir perturbateur des équipements électroniques.
Les équipements électriques modernes peuvent être également une grande source de perturbation des services de télécommunication, comme des équipements à électronique sensible. Les
principale sources de bruit électromagnétique dans un équipement électronique donné sont :
– les alimentations à découplage
– les alimentations à très forte tension des écrans de visualisation pour la partie la plus basse
du spectre de fréquences
– les relais, les moteurs à collecteurs, et tout autre élement produisant des étincelles
– tout sous-ensemble utilisant des oscillateurs (horloges et bus de circuits logiques, oscillateurs locaux pour équipements de transmission vidéo ou radioélectrique, ...)
La limitation des rayonnements parasites produits par tous les équipements électroniques
commercialisés contribue à la protection du spectre radioélectrique en permettant d’éviter
des brouillages de services radioélectriques. Elle relève de l’écologie du spectre radioélectrique qui est une ressource de plus en plus chère.
4.1.7
Tendances de la recherche en CEM pour les années 2000 dans le secteur des télecommunications.
Après avoir particuliérement progressé dans les années 85-2000, la recherche de base en
CEM pour les télécommunications est maintenant concentrée sur certains secteurs où les normalisations sont insuffisantes alors que certains problèmes subsistent. Les principales orientations
visent entre autres :
– la protection du réseau et des équipements des opérateurs vis-à-vis des perturbations de
type transitoires.
– les études de rayonnement parasite et d’immunité radioélectrique aux fréquences supérieures à 1 GHz.
– les effets des émissions des terminaux radioélectriques sur l’électronique médicale et sur
les équipements électroniques embarqués (avions, voitures, trains,...)
– les brouillages entre équipements situés à faible distance (de quelques cm à quelques
mètres) car l’on voit de plus en plus se côtoyer de la radio et de l’électronique parfois
incompatibles (PC équipé d’un modem radio, par exemple)
– Les méthodes économiques de protection des équipements.
– La métrologie du champ électromagnétique RF qui est un domaine insuffisamment exploré
et nécéssaire à la validation des méthodes de mesures normalisées. De plus, les nouvelles
technologies et les nouvelles structures de réseaux ATM, HDSL, ADSL, verront se banaliser des transmissions à haut débit jusque chez l’usager avec des équipements qui seront
installés dans les rues, sur le trottoir, dans les immeubles ou en milieu industriel. La CEM
doit être prise en compte très tôt dans le processus de définition et de normalisation afin
d’optimiser et de définir les règles adéquates de câblage. Enfin, la modélisation électromagnétique permettra de prévoir le traitement éventuel des bâtiments dans la perspective
22
d’améliorer globalement, au moindre coût, l’isolation des équipements des centres de télécommunications vis-à-vis de perturbateurs potentiels.
4.2
4.2.1
Interférences électromagnétiques entre téléphones cellulaires et stimulateurs cardiaques.
Généralités.
Une étude a été menée afin de connaître l’influence que pouvait avoir l’usage de téléphones
cellulaires sur le fonctionnement des stimulateurs cardiaques électriques (appelé pacemakers).
C’est un problème de santé assez important, car il concerne actuellement un grand nombre de
personnes, nombre qui devrait augmenter dans les années à venir, de même que l’utilisation de
téléphones cellulaires se généralise dans la population. Cette étude a été menée sur un grand
nombre de Pacemakers disponibles sur le marché, et de marques et de conception différentes. En
parallèle, on a utilisé plusieurs types de téléphones cellulaires. Il existe 3 grandes catégories de
téléphones cellulaires :
– le système E-net, de fréquence à 1800 MHz
– le système D-net, de fréquence à 800 MHz
– le système C-net, de fréquence à 450 MHz, mais dont le système de codage utilise la modulation de fréquence, contrairement aux deux autres, qui utilisent un codage numérique.
4.2.2
Problèmes suivant les différentes catégories.
Pour la première catégorie de téléphones, il a été prouvé qu’il n’existe aucune interaction
ni couplage entre les pacemaker et l’activité du téléphone, que ce soit en mode de veille du
téléphone, en réception d’un appel ou en conversation.
C’est en revanche pour les deux autres catégories de téléphones cellulaires que des problèmes
se posent.
Pour la catégorie C-net, l’utilisation d’un téléphone portable peut entraîner des perturbations. Lors de la réception d’un appel, on a pu remaquer que les Pacemakers pouvaient
faire des pauses allant jusqu’à 2.5 fois la période d’envoi des stimulations électriques au
coeur. Des calculs ont prouvés que la fréquence des impulsions électriques pouvaient être
abaissées de 44 min sur une période de 10.8 secondes, ce qui est donc assez préoccupant.
Pour la catégorie D-net des téléphones cellulaires, des interférences sont observées en mode de
récéption d’appels. On a pu observer, sur certains types de pacemakers une baisse de fréquence
d’impulsions électriques de 217 Hz à 8 Hz. Le risque d’accident peut survenir lorsque l’utilisateur du téléphone est en mode d’écoute de conversation, et que le téléphone se trouve à moins de
20 cm de la zone d’implantation du pacemaker. Dans ce cas, un arrêt cardiaque peut survenir.
23
4.2.3
Distances à risques et distances de sécurité.
Aucun téléphone cellulaire n’est dangereux au delà d’une distance de sécurité de 40 cm, et le
risque d’incident est minime pour une distance de 20 cm.
4.2.4
Nombres de pacemakers et de patients pouvant être exposés aux risques d’interférences.
Les études menées sur les différents pacemakers montrent que la compatibilité électromagnétique de ces derniers est meilleure si le modèle est récent. Dans la mesure où les vieux modèles
( 7 ans et plus), sont de plus en plus rares car les personnes qui les portent sont pour la plupart
décédées, le nombre de personnes exposées est minime. Un calcul probabiliste, tenant compte
du nombre de téléphones portables utilisés suivant les différents systèmes, de l’usage qu’il en
est fait (respect ou non des distances de sécurité), et de la fréquence d’implantation des différents pacemaker, montre que la probabilité qu’un patient décède suite à une interférence ave son
téléphone cellulaire n’est que de 1 pour 100000 : c’est donc un risque limité.
4.2.5
Conclusions
Les résultats suite à cette étude d’impact sont :
– Les deux systèmes de téléphonie cellulaire dangereux, le C-net et le D-net, sont capables
d’influencer à hauteur de 27 % l’ensemble des pacemakers implantés à ce jour.
– Seul le système D-net peut véritablement entraîner une incidence majeure sur la santé du
patient.
– Le système E-net est totalement inoffensif.
– Dans toutes les expériences menées, les interférences entre téléphones et pacemakers n’ont
jamais porté atteinte à la programmation interne des pacemakers.
– Les pacemakers sont les plus sensibles lorsque les téléphones sont en mode “appel”.
– Les pacemakers bipolaires sont les plus vulnérables aux interférences. Les modèles monopolaires apparaîssent en revanche plus fiables.
– Il n’y a finalement aucune panique à avoir quant à l’utilisation d’un téléphone cellulaire, car
le risque est finalement très faible. De plus, les nouveaux modèles disponibles actuellement
sur le marché peuvent être pris comme fiables. Cependant, le porteur d’un pacemaker devra
être informé des risques qu’il encourt, et doit garder à l’esprit qu’il existe d’autres sources
de danger pour lui.
4.3
4.3.1
Effets biologiques des ondes électromagnétiques
Généralités.
La question des effets biologiques des ondes électromagnétiques n’est pas nouvelle. En
France, EDF est depuis fort longtemps confrontée au effets des champs induits à la fréquence de
50 Hz par la présence des lignes et des ouvrages à haute tension. De temps à autres, des controverses sur les risques liés à l’usage des fours à micro-ondes sont publiés. Le développement des
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tables à induction rayonnant localement pose aussi certaines interrogations. Enfin, les rayonnements radioélectriques de toutes natures mais surtout ceux liées à l’utilisation de radiotéléphone
cellulaire sont également mis en cause car les interactions des rayonnements électromagnétiques,
plus particulièrement radioélectriques, avec des structures biologiques sont mal connues.
Les effets possibles pourraient être de deux nature : des effets thermiques, et des effets non
thermiques.
La première catégorie correspond aux interactions liées à l’apport d’énergie et implique des
expositions à des champs ou à des densités de puissance extrêmement élevés. L’effet de cuisson
du four à micro-onde nécéssite un transfert localisé d’environ 1 kW dans un volume relativement
faible et sur des sections en sortie de
magnétron, correspondant à des densités d’exposition de
l’ordre de ou supérieures à 20W/cm . Bien évidemment, ceci ne concerne que l’intérieur du four
à micro-ondes. Compte tenu des protections efficaces mises en palce par les constructeurs, les
fuites d’un four à micro-ondes sont faibles et ne doivent par induire de nuisance électromagnétiques. Mais on peut constater que le rayonement du four peut se faire aussi en dehors de sa bande
autorisée, d’où risque de brouillage avec des services radioélectriques.
D’autre part, on utilise en médecine les effets thermiques des micro-ondes pour provoquer
localement une élévation de la température. C’est l’hyperthermie. Elle permet d’accélérer les
traitements de certaines maladies ou de détruire les cellules cancéreuses. Les mécanismes qui
régissent ce effets thermiques sont relativement bien connus.
Il es va tout autrement des émetteurs radioélectriqes, et en particulier des terminaux radiotéléphoniques, dont la vocation est de rayonner à l’air libre. Il n’est heureusement pas possible
d’atteindre des densité de puissances locales telles que celles calculées à l’intérieur d’un four à
micro-ondes ou telles que celles utilisées en hyperthermie.Pour des terminaux GSM, la puissance
moyenne est d’environ le huitième de la puissance de crête maximum annoncée, soit 250mW
pour un termianl de 2 W crête et d’1 W pour un terminal de 8 W crête. Les risques de déclenchement d’effets thermiques sont en principe négligeables, même lorsque l’antenne est tout contre la
tête de l’utilisateur. Un calcul sommaire
montre que la densité d’exposition à 3 cm de l’antenne
d’émission ne dépasse pas 3 mW/cm pour un terminal de 2 W crête émettant à pleine puissance.
De façon générale, la densité surfacique d’exposition diminue avec le carré de la distance
pour devenit très vite totalement négligeable par rapport aux effets thermiques. De plus, la vascularisation des tissus biologiques permet l’évacuation de la chaleur.Pous les émetteurs de radiotéléphonie, le principal enjeu, au plan européen, est de déterminer des limites de puissance
d’émission n’induisant pas de danger pour l’être humain et compatibles avec le développement
des systèmes radioélectriques. Cette question, importante, est au coeur de la normalisation européenne (Cenelex). Néanmoins, son intérêt est appelé à décroître grâce à la baisse vraisemblable
de la puissance d’émission des mobiles par la densification du réseau.
La deuxième orientation des effets biologiques concerne les interactions qui ne sont pas du
type thermique.
Partout, en Europe et dans le monde, des chercheurs se penchent sur les interactions possibles
des ondes électromagnétiques avec les mécanismes régissant la vie. C’est ainsi que des études
sont menées sur le système nerveux central et certains organes vitaux de cerveau. Pour l’instant, il
ne semble pas y avoir de résultats prouvant, avec certitude, l’existence d’effets nocifs. Cependant,
il apparaît que compte tenu des enjeux, le sujet mérite d’être approfondi. Une grande partie de
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la communauté scientifique travaillant en bioélectromagnétisme est intéressée par cette question.
Les industriels, tout comme les opérateurs de radiotéléphonie, doivent poursuivre des recherches
dans ce domaine avec l’appui des réglementeurs.
4.3.2
Etudes futures.
Pour affiner les connaissances dans ce domaine, deux types d’études sont envisagées, l’une
concerne la modélisation de champ électromagnétique dans les structures biologiques (dans la
tête, par exemple), l’autre est orientée sur des études biomédicales associant ingénieurs, biologistes et médecins. Cette deuxième voie est extrèmement complexe et nécessite des moyens très
importants. Outre leur aspect pluridisciplinaire, une des difficultés de ces études réside dans le
fait qu’il est très difficile de démontrer de façon très générale, que l’utilisation d’un appareil n’a
pas d’effet nocif pour la santé des personnes.
5 Conclusion
En conclusion, on peut constater que la CEM est globalement un sujet en forte expansion
dans le monde du fait du développement sans précédent des applications radioélectriques et de
l’intégration énorme de l’électronique dans la vie quotidienne soumise à des perturbations électromagnétiques nombreuses. La mise en application obligatoire du 1 Janvier 1996, dans la CE,
de la directive européenne sur la CEM a été un facteur positif tendant à sensibiliser le plus grand
nombre d’acteurs économiques à ces aspects encore confidentiels, il y a quelques années.
Sujets parfois controversés, de nombreuses interrogations subsistent et demandent plus d’efforts de recherche européenne et internationale (effets biologiques), de normalisation (CEM et
ingénierie des fréquences). La prise de conscience des différents volets de la CEM et de ces enjeux est indispensable à tous les niveaux, afin d’aboutir, dans les meilleures conditions technicoéconomiques, à la satisfaction des clients à travers une bonne qualité de service et un minimum
de nuisances (en terme d’effets électromagnétiques gênants).
Du chercheur à l’exploitant, la CEM doit être considérée comme un facteur visant à l’assurance d’une bonne qualité de service et non comme une contrainte supplémentaire alourdissant
les procédures d’intégration sur le marché.
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