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LA COMPATIBILITÉ ÉLECTOMAGNÉTIQUE C.E.M. ELECTROM
AGNETIC COMPATIBILITY E.M.C.
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Introduction à la compatibilité électromagnétique
Nous sommes tous exposées dans notre vie
quotidienne, que nous le voulions ou non, aux
champs électromagnétiques provenant de sources
naturelles et artificielles.
Selon l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS),
l'intensité de ces ondes est supérieure de
plusieurs centaines de fois à celui du
rayonnement naturel. Il est quasiment impossible
d'échapper à cette exposition dont l'intensité a
triplé en trente ans.
Nouvelle discipline La COMPATIBILITÉ
ÉLECTROMAGNÉTIQUE
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Les charges électriques présentes dans
latmosphère provoquent une intensité de champ
électrique de 100 à 200 V/m par beau temps.
Linduction magnétique terrestre a une valeur
comprise entre 35 et 50 ?T.
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(No Transcript)
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Introduction à la compatibilité électromagnétique
Spectre électromagnétique
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Absorption de ondes électromagnétiques par
latmosphère
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QUEST-CE QUE LA C.E.M. ?
Discipline qui étudie la cohabitation de tous les
systèmes utilisant de lénergie électrique.
Quelques exemples de problèmes CEM
Ouverture ou fermeture intempestives de
barrières, ou portails automatisés
Airbag, freins ABS
Déclenchement missile
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Une automobile moderne contient plus dun
kilomètre de fils électriques, elle se comporte
comme une antenne qui émet et capte des ondes EM.
Le phénomène sest amplifié avec laugmentation
vertigineuse du nombre de composants
électroniques embarqués et le multiplexage.
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(No Transcript)
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QUEST-CE QUE LA C.E.M. ?
Définition
La C.E.M. est laptitude dun équipement à
fonctionner dans son environnement
électromagnétique de façon satisfaisante et sans
produire lui même des perturbations intolérables
pour les autres équipements qui se trouve dans
cet environnement
Les fabricants de matériel ont été les premiers à
être concernés par la CEM. Depuis le 1er janvier
1996, seuls les produits conforment à la
réglementation en vigueur sur la CEM et portant
le marquage CE peuvent être commercialisés en
France et dans lUnion Européenne.
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Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ?
Lutilisation déquipements électroniques se
multiplie dans tous les domaines dactivités,
quil soient grands publics, industriels ou
militaire. Les technologies employées dans la
conception et le développement des matériels
électroniques reposent sur trois paramètres ?
la rapidité de commutation (vitesse des
microprocesseurs), ? les faibles énergies mises
en œuvre pour basculer dun état à un autre, ?
le haut niveau dintégration des
composants. Pour aller plus vite, il faut
diminuer lénergie à commuter et réduire la
distance que doivent parcourir les charges
électroniques. 
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Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ?
Trois facteurs se conjuguent pour rendre sans
cesse plus importants les problèmes de
perturbations électromagnétiques
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Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ?
Cette course aux performances à considérablement
modifié les rapports entre les équipements
électroniques et leur environnement.
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C.E.M.
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La CEM - Principes
Emissivité - Ce terme est employé pour
évaluer le pouvoir perturbateur dun
appareil - Perturbations générées par un
appareil Perturbations conduites
Perturbations rayonnées
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La CEM - Principes
Immunité - On parle dimmunité pour
caractériser le niveau de protection intrinsèque
dun appareil - Immunité contre Les
perturbations conduites Les perturbations
rayonnées
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Terminologie CEM
niveau de susceptibilité. Il s'agit du
niveau à partir duquel il y a dysfonctionnement
d'un matériel ou d'un système. niveau
d'immunité. C'est le niveau d'une perturbation
supportée par un matériel ou un système.
niveau de compatibilité. C'est le niveau
maximal de perturbation auquel on peut
s'attendre dans un environnement donné.
marge d'immunité. C'est la marge qui existe
entre le niveau de compatibilité et le niveau de
limite d'immunité. niveau d'émission.
C'est le niveau maximal d'émission de
perturbation que ne doit pas dépasser un
matériel. marge d'émission.
C'est la marge qui existe entre le niveau de
compatibilité et le niveau de limite d'émission.
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OBJECTIF DE LA C.E.M.
Rendre compatible le fonctionnement dun système
ou dune installation avec son environnement
électromagnétique
PLAN C.E.M.
- Évaluer lenvironnement E.M. (sources de
perturbations - détermination des champs
générés )
3 moyens de protection contre les interférences
1. Supprimer lémission à la source. 2. Rendre
le couplage le plus inefficace possible. 3.
Rendre le récepteur moins susceptible aux
émissions.
- Étudier les modes de couplage entre les sources
de perturbations et le système ou linstallation
- Déterminer dans quelle mesure les éléments
sensibles du système ou de linstallation
supportent les perturbations
- Définir les protections des éléments sensibles
ou des installations (simulations et tests
devant aboutir à lélaboration des protections)
- Intégrer le problème C.E.M. dans la conception
dun système ou dune installation
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Analyse de CEM
Le but de lanalyse est destimer la CEM dune
installation composée dun ensemble de systèmes.
Il sagit de déterminer la marge de compatibilité
de chaque système de linstallation et de
vérifier quelle est supérieur à une valeur
positive fonction de la sécurité recherchée.
PROCEDURE
Après avoir identifié et délimité tous les
systèmes de linstallation, on définit pour
chaque système les paramètres suivants
Mjk (dB) Ik Ajk - Pj
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Analyse de CEM
Compte tenu des incertitudes de mesure, on impose
des Mjk gt X dB et non pas simplement Mjk gt 0 dB.
Si cette condition nest pas remplie, lanalyse
doit être poursuivie par
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Modes de couplage

• Le couplage par impédance commune
• - Le couplage par capacité   effet de main 
• Le couplage par diaphonie inductive
• Le couplage par diaphonie capacitive
• Le couplage Champ à câble
• - Le couplage Champ à boucle

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Couplage par Conduction Mode commun - Mode
différentiel
Mode differentiel
Cest la façon  normale  de transmettre les
signaux. On lappelle aussi mode symétrique.
Mode de propagation le moins redouté
aisément repérable le plus souvent
faible négligeable si les conducteurs
aller-retour proches éloignés des câbles
perturbateurs Mode de propagation prépondérant
à l intérieur des systèmes
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Mode Commun
On lappelle aussi mode asymétrique.
Il utilise le réseau de masse ou de terre partagé
par plusieurs dispositifs comme retour de courant
Le courant se propage sur tous les conducteurs
dans le même sens et revient par la masse Ex -
Traction ferroviaire avec retour du courant par
les rails - Automobile, lossature sert de
retour et de circuit de masse
Principale source de perturbations
La tension de mode commun est définie comme étant
égale à la valeur moyenne de la d.d.p. entre les
différents fils et la masse.
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Couplage par impédance commune
Piquet de terre Plan de masse circuit
imprimé Câble de mise à la masse (tresse)
Câble d alimentation
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Effet pelliculaire

• La résistance dun conducteur rectiligne se
  calcule par
• où ? est la résistivité du matériau
• pour le cuivre ? 17,510-9 ?m
• pour laluminium ? 28,610-9 ?m
• pour le fer ? 12010-9 ?m
• Un courant continu circule de manière homogène
  dans le conducteur
• Un courant alternatif HF se concentre en
  périphérie de la surface du conducteur
• lintérieur du tube  ne sert à rien 
• l'épaisseur de cette  peau  se calcule par
• Lépaisseur de la peau diminue avec la racine
  carrée de la fréquence

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Impédance dun conducteur Zconduc R j L w
Lois empiriques des conducteurs classiques avec F
en MHz plan de cuivre d épaisseur e en
mm RBF(??)17,2/e ZHF(??)370?F fil
cylindrique de diamètre d en mm et de longueur L
en m RBF (m?) 22 L/d² ZHF (?) 1,25 L Ln(L/d)
0,64 F Avec L0,4ln(2s/d) ?H/m
(slt2L) L0,2ln(4L/d) ?H/m (sgt2L) piste de
cuivre de 35µm d épaisseur, de longueur L en mm
et de largeur W en mm RBF (m?) 0,5 L/W ZHF (?)
1,25 L Ln(L/W) 1,2 0,22W/L F (piste 1mm
de largeur, L?1?H/m)
s
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e35um
e1mm
30
W10mm
W1mm
31
?0,8 mm
?6,5 mm
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Exercice 1 Quelle est la différence de potentiel
entre les 2 points distants de 10 cm dune piste
de circuit imprimé de 1 mm de large parcourue par
un courant de 1 A à la fréquence de 10 MHz?
ZHF (?) 1,25 L Ln(L/W) 1,2 0,22W/L F
Exercice 2 Sur une carte simple couche, la
distribution des tensions et masses est faite par
des pistes de 1mm de large. Un des boîtiers
comporte 4 portes HCMOS synchrones de lhorloge.
Au moment des commutations logiques, le courant
transitoire est de 12 mA par porte, avec un temps
de montée de 3,5 ns. Si aucune précaution nest
prise, quelle est la tension parasite sur une
piste 0V (largeur 1mm, longueur 100mm) lorsque ce
courant retourne à la source de tension 5V?
(L?1?H/m)
Exercice 3 Pour mesurer la température dun
corps, on utilise un capteur qui transforme la
différence de température en une tension
électromotrice. La sensibilité du capteur, dans
le domaine de travail, est de 100 ?V/C. Le
signal issu de ce capteur est amplifié par un
ampli non inverseur qui absorbe de la source
dalimentation un courant de 5mA. Que se passe
til si la masse est connectée au point A?
(rAB0,1?) Quelle est lerreur faite sur la mesure
i
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Couplage par Capacité  effet de main 
Ct capacité totale de la carte /masse Ct
Ci Cp avec Ci 35 D et Cp 9 S/H Ci capacité
intrinsèque en pf (D diamètre du disque ou
diagonale de la carte en m) Cp capacité plane
en pF CvCt.? r pourcentage de
perturbation reçue par la piste victime
considérée En cas de variation de la ddp entre la
carte et son environnement (la masse), une piste
victime reçoit directement un courant I2?.f.Cv.U
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Couplage inductif - Couplage Champ à boucle
En général, la boucle étant fixe, la variation du
flux est produite par une variation du champ
magnétique, donc par une variation dun courant
perturbateur ip
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Réduction du couplage action sur la
victime réduire S ou S apparente limiter
les boucles en rapprochant les conducteurs aller
et retour et les câbles de masse réorienter
les câbles par rapport au champ action sur la
source réduire dB/dt action sur le couplage
séparer les fils coupables et victimes écran
magnétique blinder les équipements
sensibles filtrer les perturbations
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Étude de la propagation sur les lignes de
transmission

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Équations de propagation
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Étude en régime sinusoïdal
Solution des équations
Relation
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Impédance d entrée d une ligne fermée par Zl
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Coefficient de réflexion - TOS
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Couplage par diaphonie inductive
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Réduction du couplage - action sur la
victime réduire S de la boucle victime en
plaçant le fil retour proche du fil aller
blinder le fil victime action sur la source
réduire di/dt (ferrites sur câbles sensibles)
blinder le câble perturbateur - action sur le
couplage séparer les fils coupables et victimes
croiser les fils installer des écrans
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Couplage par diaphonie capacitive
effet d une tension variable entre un conducteur
et son voisin quand deux conducteurs sont
parallèles sur une longueur importante
Réduction du couplage action sur la victime
choisir les diélectriques denrobage des fils
pour diminuer ?r, C action sur la source
réduire dV/dt dans la paire coupable action sur
le couplage séparer les fils coupables et
victimes croiser les fils blinder les câbles
sensibles
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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V1
V1
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Tension parasite
4 premiers conducteurs utilisés
2 premiers et 2 derniers conducteurs utilisés
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Perturbation dun signal de 50KHZ par horloge
1MHz, amplitude 5V
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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C12
Rc2
Us
Rg2
C2
Vp2
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(No Transcript)
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Rg2
C2b
Rb/2
Rc2
Vmc
Rb/2
V2md
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Le raccordement des blindages
Blindage raccordé d'un seul côté

• Inefficace en HF pour couplage inductif
• Efficace en BF pour couplage capacitif, peu en HF

Blindage raccordé des deux côtés

• Efficace en HF pour couplage inductif
• Inefficace pour couplage capacitif si reseau de
  masse non equipotentiel

Solution privilégiée tout de même
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Paradiaphonie - Télédiaphonie
Courant perturbateur Couplage capacitif
Courant perturbateur Couplage inductif
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Champ Electrique - Champ Magnétique
Cas statique - grandeurs constantes
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Champ Magnétique

• Le champ magnétique B produit par un courant I
  circulant dans un conducteur rectiligne de
  longueur infinie, à une distance d du conducteur,
  vaut, daprès la loi dAmpère
• Où ?o est la perméabilité magnétique du vide
• Et ?r est la perméabilité relative du matériau
  par rapport au vide
• ?r vaut 1 pour lair et la plupart des matériaux
• ?r vaut 98 pour lacier
• ?r vaut 30 000 pour le Mumétal (74 nickel, 20
  fer, 5 Cuivre, 1 chrome)

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Champ Electromagnétique
Direction propagation
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Equation de propagation dans un milieu parfait (1)
Dans un milieu parfait
Si le milieu nest pas chargé
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Equation de propagation dans un milieu parfait (2)
Dans un milieu parfait
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Cas d un milieu parfait, isolant et non chargé
Cette équation vérifiée à la fois par le champ
électrique et le champ magnétique est
appelée Equation de dAlembert
Cas des ondes progressives harmoniques
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Propriétés du champ EM
Longueur d onde ?(m)v/f
EZ.H (Z impédance d onde ?) Zo377 ?
impédance du vide
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PROPAGATION DANS LES CONDUCTEURSOU DIELECTRIQUES
A PERTES
Solution
Milieux très bons conducteurs
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Champ rayonné par un fil court rectiligne
Ip EL²/100? en BF Ip El/240 en HF
Donnez lexpression des champs en zone proche et
en champ lointain Donnez dans chaque cas
lexpression du module de E? et H? (?90)
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(No Transcript)
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Champ rayonné par un fil de longueur l
En supposant une variation sinusoïdale du
courant sur la longueur du fil Déterminez
le champ électrique rayonné à grande
distance. Mettre E sous la forme
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Champ rayonné par une boucle
z
M
?
y
x
?
Donnez lexpression des champs en zone proche et
en champ lointain Donnez dans chaque cas
lexpression du module de H? et E? (?90)
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(No Transcript)
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Action de londe EM sur une boucle fermée
Une onde électromagnétique se propage suivant
laxe Oz. Calculez la fem induite sur la boucle
en fonction de lamplitude du champ electrique
excitateur E Représentez lamplitude de la
tension induite en fonction du rapport l/?
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Champ rayonné par une antenne
Antenne isotrope Densité de P rayonnée
dPisoP/4?d²
Antenne de gain GdP/dPiso Densité de P rayonnée
dPE²/Zo
Champ rayonné par lantenne
Exemple  Emetteur FM, puissance sortie 5 KW,
Gain antenne 6 ( soit 8dB) , f100MHz,à 100m, E
9,5 V/m