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INTRODUCTION A LA CEM 03/04/2015

REDIGE ET PRESENTE PAR LE GROUPE 1 1

TABLE DES MATIERES

I- CEM ________________________________________________________________ 3

1- Définition ______________________________________________________________ 3

2- Domaines _______________________________________________________________ 3

3- Problèmes rencontrés ___________________________________________________ 4

4- Les normes en CEM _____________________________________________________ 4

5- Méthodologie d’analyse __________________________________________________ 5

II- Quelques types Couplages, Exemples et Solutions ____________________ 5

1- Couplage par impédance commune __________________________________________ 6

a- Généralités _______________________________________________________________________ 6

b- Exemple __________________________________________________________________________ 7

c- Solutions pour réduire le couplage par impédance commune _________________________ 7

2- Couplage Capacitif Carte à Châssis _________________________________________ 8

a- Généralités _______________________________________________________________________ 8

b-Exemple ___________________________________________________________________________ 8

c- Solutions pour réduire le couplage capacitif à châssis ______________________________ 9

3- Couplage par Diaphonie Inductive __________________________________________ 9

a- Généralités _______________________________________________________________________ 9

b- Exemple _________________________________________________________________________ 10

c- Solutions pour réduire le couplage par diaphonie inductive _________________________ 10

4- Couplage par Diaphonie Capacitive _________________________________________ 11

a- Généralités ______________________________________________________________________ 11

b- Exemple _________________________________________________________________________ 11

c- solutions pour réduire le couplage par diaphonie capacitive ________________________ 12

5- Couplage Champ à Fil _____________________________________________________ 13

a- Généralités ______________________________________________________________________ 13

b- Exemples ________________________________________________________________________ 13

c- Solutions pour réduire le couplage champ à fil ____________________________________ 14

6- Couplage Champ à Boucle _________________________________________________ 14

a- Généralités ______________________________________________________________________ 14

b- Exemple _________________________________________________________________________ 15

c- Solutions pour réduire le couplage champ à boucle ________________________________ 15



Index des Figures

Figure 1:Organigramme de la méthode d'analyse __________________________________________________ 5

Figure 2: Couplage par impédance commune _____________________________________________________ 6

Figure 3:Câblage en étoile _____________________________________________________________________ 7

Figure 4:Découplage au niveau de chaque étage ___________________________________________________ 8

Figure 5 : Couplage Capacitif dans le cas d’une ligne Bifilaire _________________________________________ 9

Figure 6: Diaphonie Inductive _________________________________________________________________ 10

Figure 7: Diminution d'inductance entre deux circuits (Écartant les Conducteurs) ________________________ 10

Figure 8:Diaphonie Capacitive _________________________________________________________________ 12

Figure 9:Blindage Electrostatique ______________________________________________________________ 12

Figure 10:Couplage d'un Champ à Fil ___________________________________________________________ 13

Figure 11: Couplage par champ Magnétique sur une ligne monofilaire ________________________________ 14

Figure 12:Couplage d'un champ magnétique avec la boucle formée par deux conducteurs proches _________ 15

Figure 13:Effet des torsades sur les courants induits _______________________________________________ 16



I- CEM

1- Définition

CEM (compatibilité électromagnétique) recouvre tous les aspects de la

pollution électromagnétique dans son environnement, la sécurité des biens et des

personnes, en d’autres termes elle désigne toutes les perturbations d’ordre

électrique qui peuvent être dommageables.

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.

Autre définition la CEM est l’aptitude pour un matériel de fonctionner de manière

satisfaisante dans son environnement électromagnétique et sans introduire de

perturbations intolérables pour l’environnement ou tout autre matériel.

2- Domaines

Le champ d'action de la CEM est vaste :

• Phénomènes physiques (foudre, décharges électrostatiques, rayonnements,

courants conduits) ;



• Domaines d'application (télécommunications, équipement spatial et militaire,

contrôle commande, instrumentation, électronique de puissance) ;

3- Problèmes rencontrés

L'augmentation du nombre de systèmes électroniques embarqués

(perturbés) et non embarqués (perturbateurs).

L'augmentation des fréquences d'horloge

Intégration accrue des composants

4- Les normes en CEM

Deux principales catégories de normes existent : celles qui définissent les

niveaux tolérés d'émission conduite ou rayonnée, et celles qui définissent la

susceptibilité électromagnétique d'un équipement, à savoir sa tolérance aux

agressions électromagnétiques. L'objectif principal des normes est de

caractériser aussi précisément que possible l'environnement de mesure en

conduit et en rayonné (mesure en espace libre, en chambre anéchoïque, support

des appareils), les conditions de mesure (longueur des câbles, distance des

antennes, hauteur, angle, etc..), la calibration et le réglage des appareils de

mesure utilisés, ceci dans le but d'effectuer des mesures reproductibles et

fiables. Depuis le 01 janvier 1996, tout équipement électrique doit

obligatoirement satisfaire à une ou plusieurs normes CEM liée à sa catégorie.

Historiquement les normes ont été établies pour la protection de la

radiodiffusion, mais ce champ est aujourd'hui étendu, comme en témoignent

les normes de susceptibilité: robustesse de telle catégorie d'équipement aux

décharges électrostatiques, aux courants induits, aux champs

électromagnétiques, à l'IEMN (impulsion électromagnétique nucléaire).



5- Méthodologie d’analyse

Elle se traduit par l’organigramme suivant :

Figure 1:Organigramme de la méthode d'analyse

II- Quelques types Couplages, Exemples et Solutions

On appelle couplage le processus par lequel l'énergie du perturbateur

(sources de signaux dont la propagation est de nature à nuire au bon

fonctionnement des objets ou à la santé des êtres vivants situés au voisinage),



atteint la victime (équipements sensibles). C’est le mode d’action des

perturbations électromagnétiques sur les électroniques. Réduire les couplages

entre sources parasites et circuits victimes est souvent la meilleure façon de

résoudre les problèmes de Compatibilité Électromagnétiques. Pour mieux le faire,

il est nécessaire de comprendre tous les types de couplage.

Ils sont classés en six catégories : couplage par impédance commune,

couplage capacitif carte à châssis, couplage par diaphonie inductive, couplage par

diaphonie capacitive, couplage champ à fil, couplage champ à boucle

1- Couplage par impédance commune

a- Généralités

Le circuit électrique du perturbateur possède dans ce cas une impédance commune

avec le circuit électrique de la victime. Aux bornes de cette impédance commune se trouve

une tension générée par le courant passant dans le circuit perturbateur. Comme cette

impédance est également présente dans le circuit de la victime, cette victime subit cette

tension parasite. C'est un des modes de couplage le plus fréquent, qui intervient en basse

ou en haute fréquence.

Figure 2: Couplage par impédance commune



b- Exemple

Deux appareils sont branchés sur le réseau 230 V : un perturbateur qui génère des

tensions parasites sur la tension du réseau, et une victime qui utilise la tension du réseau,

et qui récupère en même temps cette tension parasite.

c- Solutions pour réduire le couplage par impédance commune

Le couplage par impédance commune rend tout circuit asymétrique sensible aux

courants de mode commun. Il convient de réduire, ou de dériver à la masse, les courants

de mode commun, inévitables en HF. Réduire le couplage par impédance commune peut

être obtenu de de la manière suivante :

abaisser l’impédance commune Z ou réduire le courant parasite I qui y circule ;

Lorsque les systèmes doivent échanger des signaux (analogiques), leurs

alimentations ne doivent pas présenter de différence de potentiel.

Il convient souvent de séparer les alimentations (câblage en étoile) : très utilisée

en distribution électrique un équipement sensible et un équipement perturbateur

ont deux alimentations séparées par des impédances importantes aux fréquences

perturbatrices.

Figure 3:Câblage en étoile



On doit chaîner l’alimentation des circuits à partir de l’étage le plus bruyant.

(découplage au niveau de chaque étage) ;

2- Couplage Capacitif Carte à Châssis

a- Généralités

La capacité entre deux conducteurs voisins n'est jamais nulle. Sous l'action d'une

perturbation extérieure, une différence de potentiel peut être engendrée entre ces deux

conducteurs, donnant naissance à un courant de mode commun entre les deux systèmes.

Ce phénomène est appelé couplage conducteur à plan de masse.

b-Exemple

Dans le cas d'une ligne bifilaire, représentée sur la figure ci-dessous, un courant

parasite de mode commun apparaîtra au niveau de la capacité existant entre le conducteur

cuivré et la masse.

Figure 4:Découplage au niveau de chaque étage



c- Solutions pour réduire le couplage capacitif à châssis

Réduire le couplage carte à châssis peut-être obtenu de deux façons : diminuer la

capacité parasite entre le circuit sensible et la masse (mais cette solution est difficile)

ou réduire les variations rapides de tension (ΔU /Δt) entre la carte et son environnement.

Par exemple, raccorder de façon équipotentielle le 0 V au châssis métallique résout ce

problème.

3- Couplage par Diaphonie Inductive

a- Généralités

Dans ce cas, il existe dans le circuit perturbateur un courant susceptible de

produire des perturbations. À proximité de ce circuit se trouve un circuit victime. Le

courant du conducteur du circuit perturbateur produit autour de lui un champ magnétique.

Ce champ magnétique induit un courant dans le circuit victime.

Figure 5 : Couplage Capacitif dans le cas d’une ligne Bifilaire



b- Exemple

Le conducteur du circuit perturbateur se trouve dans le même câble que le

conducteur du circuit victime, et induit dans ce dernier une tension parasite. Plus

l'impédance du circuit victime sera faible, plus cette tension induira une énergie

perturbatrice importante dans le circuit victime

c- Solutions pour réduire le couplage par diaphonie inductive

Réduire le couplage par diaphonie inductive peut être obtenu de deux façons :

diminuer la mutuelle inductance entre les deux circuits en :

– Écartant les conducteurs ;

1.

Figure 7: Diminution d'inductance entre deux circuits (Écartant les Conducteurs)

Figure 6: Diaphonie Inductive



– Blindage: Les câbles de mesure et de transmission de l’information doivent être

à écran. L’écran sera relié à la masse.

– Pour la transmission de l’information, l’utilisation de paires torsadées diminue la

surface de boucle et donc diminue la susceptibilité

– Sur circuit imprimé: plan de masse, pistes écran raccordées a la masse des 2

cotés.

Diminuer la capacité de couplage:

– Éloignement des conducteurs,

– Blindage

Filtrage

Sur circuit imprimé:

– Diminuer la longueur commune ce qui conduit à augmenter la densité de la carte

(compact) ;

– Utiliser des pistes écrans reliées à la masse (notamment dans les nappes).

– Limiter les variations rapides de courant (Δi/Δt) dans le circuit de couplage.

4- Couplage par Diaphonie Capacitive

a- Généralités

Dans ce cas, il existe sur un circuit perturbateur une tension susceptible de

produire des perturbations. Il existe aussi une capacité entre ce circuit perturbateur et

un autre circuit, qui sera la victime. Par cette capacité, de l'énergie électrique

perturbatrice atteint le circuit victime.

b- Exemple

Un conducteur appartenant au circuit perturbateur se trouve dans le même câble

qu'un conducteur appartenant au circuit victime. Ces deux conducteurs étant proches, il

existe une capacité entre eux, responsable du couplage. Le couplage sera d'autant plus



élevé que l'impédance du circuit victime est grande, du fait du pont diviseur de tension

constitué de la capacité et de l'impédance de la victime.

c- solutions pour réduire le couplage par diaphonie capacitive

Effet d'un blindage électrostatique pour réduire la diaphonie capacitive :

Un blindage entourant un conducteur fait intervenir une capacité parasite

supplémentaire entre blindage et conducteur protégé (Cb). Si on relie le blindage

à la masse en un point, alors le courant généré par la diaphonie capacitive sera

évacué par ce court-circuit plutôt que par les capacités parasites C12, Cb…

Diminuer la capacité entre les deux circuits (en les éloignant par exemple)

Figure 9:Blindage Electrostatique

Figure 8:Diaphonie Capacitive



Limiter les variations rapides de tension du circuit coupable.

5- Couplage Champ à Fil

a- Généralités

Ce couplage est aussi appelé couplage par champ électrique ou couplage champ à

câble. C'est un champ électrique incident qui va produire une perturbation sur un circuit

victime. Remarquons tout de suite que le couplage capacitif cité plus haut est de même

nature, puisque la capacité de couplage amène des lignes de champ sur la victime. La

différence ici, c'est que le perturbateur est plus éloigné: Au lieu d'identifier le

perturbateur lui-même, on identifie le champ électrique qui en est issu.

b- Exemples

1-le champ électrique d’impulsion issu d'une bougie d'allumage de moteur atteint l'antenne

d'un récepteur autoradio.

2- Dans le cas du réseau filaire cuivré, les lignes aériennes se comportent comme de

véritables antennes vis-à-vis des multiples champs électriques alentours, qui y induisent

des courants parasites de mode commun.

3- Le réseau électrique domestique présente un comportement identique face aux

perturbateurs électromagnétiques présents dans les habitations

Figure 10:Couplage d'un Champ à Fil



c- Solutions pour réduire le couplage champ à fil

Pour réduire ce type de couplage, il est nécessaire de :

réduire l’effet d’antenne (par exemple en rapprochant le conducteur exposé de la

masse)

réduire par éloignement le champ électrique coupable.

Blinder les conducteurs, d'où l'utilisation systématique de câbles écrantés

(feuillage en aluminium) pour les câbles de télécommunication des réseaux de

transport et de distribution.

6- Couplage Champ à Boucle

a- Généralités

Ce couplage est aussi appelé couplage par champ magnétique. C'est un champ

magnétique, issu d'un perturbateur, qui traverse un circuit victime, et induit donc dans ce

circuit une tension parasite. C'est l'induction. Remarquons là aussi que ce couplage est de

même nature que le couplage inductif cité plus haut... Au lieu d'identifier le perturbateur

lui- même, on identifie le champ magnétique qu'il a généré.

Dans le cas d'une ligne monofilaire, un courant de mode commun peut être induit

par un champ magnétique externe dans la boucle formée par le câble, le plan de terre et

les impédances de connexion des équipements à la terre.

Figure 11: Couplage par champ Magnétique sur une ligne monofilaire



b- Exemple

Un coup de foudre à proximité de la victime (et non dessus). La foudre est une

décharge électrostatique caractérisée par un courant de plusieurs dizaines de milliers

d'ampères, et de temps de montée de l'ordre de la microseconde. La tension induite dans

une boucle est donc importante du fait de la variation importante de l'intensité du

courant, mais aussi de la rapidité de la montée de ce courant.

c- Solutions pour réduire le couplage champ à boucle

Pour réduire le couplage champ à boucle, il est nécessaire soit de réduire la surface

de la boucle victime pour diminuer l'effet d'antenne, soit de réduire le champ magnétique

coupable. Il est possible de s'affranchir de ce dernier en blindant les câbles. De plus, la

réduction de la boucle s'effectue en rapprochant les conducteurs, notamment en câblant

les conducteurs par paire et en utilisant ainsi une transmission différentielle des signaux,

comme représenté figure ci-dessous. C'est le mode de transmission définitivement

adopté dans les réseaux de télécommunications.

D'autre part, torsader les paires permet de diminuer la surface de la boucle entre

deux conducteurs, mais également d'alterner le sens des boucles par rapport au champ

Figure 12:Couplage d'un champ magnétique avec la boucle formée par deux conducteurs

proches



incident. Ceci a pour conséquence, sur une paire parfaite, d'annuler les courants parasites

sur les conducteurs. La figure suivante présente le processus mis en œuvre.

Si l'on considère que la paire constituée des conducteurs 1 et 2 est parfaitement

symétrique, alors le champ magnétique perturbateur engendrera des courants de même

intensité mais de sens opposé sur le conducteur 1 dans les boucles 1 et 2. Ainsi, les effets

du champ magnétique sur le conducteur 1 s'annulent entre les boucles 1 et 2. Il en est de

même sur les autres couples de boucles, mais également sur le conducteur 2. Le courant

parasite résultant sur la paire est par conséquent quasiment nul. Ceci explique ainsi le fait

que les paires téléphoniques sont torsadées.

Figure 13:Effet des torsades sur les courants induits



WEBOGRAPHIE

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