Cage de Faraday - Définition

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Cage de Faraday.
Cage de Faraday.

Une cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances électriques et subsidiairement électromagnétiques extérieures ou inversement empêcher un appareillage de polluer son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). Une cage de Faraday est souvent utilisée lorsque l'on désire effectuer des mesures précises en électronique ou en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...).

Principe

Telle qu'elle a été étudiée par Michael Faraday (Michael Faraday (Newington, 22 septembre 1791 - Hampton Court,...) lors de ses travaux sur les conducteurs, la cage de Faraday (c’est-à-dire une enceinte conductrice reliée à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) de façon à maintenir son potentiel fixe) est étanche aux champs électriques (créés par la simple présence d'une différence de potentiel, sans qu'un courant ne soit nécessaire) et ce, que la source perturbatrice soit à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enceinte.

Cette structure peut également avoir un effet indirect de protection contre les perturbations d'origine électromagnétique (dues à un courant). On parle alors plutôt de blindage électromagnétique. Pour cet usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.), il n'est plus nécessaire que la structure soit reliée à la terre mais l'efficacité est fortement influencée par la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de la perturbation et par la perméabilité magnétique (En électromagnétisme des milieux en régime linéaire, la perméabilité...) du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...).

Constitution

L’enceinte métallique doit en principe être fermée de chaque côté. Mais elle peut aussi être constituée de grillage ajouré (d’où le nom de cage). Un grillage avec une maille de quelques centimètres agit comme un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) sur une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) décimétrique, comme cela est utilisé dans les miroirs primaires des radiotélescopes (Effelsberg, Nançay). Plus la fréquence de l'onde est élevée (donc plus sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde est courte), plus la maille doit être petite.

Il existe trois techniques principales de réalisation des cages de Faraday industrielles:

  1. - cages modulaires:

Elles sont réalisées à l'aide de bacs en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) pliés. ou à l'aide de panneaux en bois revêtus sur les deux faces d'une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux...) d'acier. Les bacs sont assemblés entre eux à l'aide de boulons. Les panneaux bois sont assemblés à l'aide de profils d'assemblage en acier. Avantage des bacs: insensibilité à l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance...) et aux variations hygrométriques. Bonne tenue dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...). Avantage des panneaux: Il peuvent être recoupés. Les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) de la salle peuvent être modifiées (en cas de déménagement (Un déménagement est une action qui consiste à ôter tout ou partie des biens...) par exemple). Les cages modulaires permettent d'atteindre des performances supérieures à 100 dB à 100 MHz.

  1. - cages architecturales en cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...):

Elles sont réalisées à l'aide feuillard de cuivre 2 ou 3 dizièmes de mm (livré en rouleau) qui est posé en recouvrement (Un recouvrement d'un ensemble X est un ensemble P de sous-ensembles non vides de X tel que l'union...) et soudé en continu à l'étain. Cette technique s'adapte bien aux locaux de grandes dimensions et permet de s'adapter aux géométries complexes (coins, décrochements, poutres, piliers), ce qui est plus compliqué, voire impossible à l'aide d'une cage modulaire. Il n'y a pas de perte de place, le cuivre s'appliquant directement sur les murs. Cependant, il faut prévoir un doublage (Le doublage est une technique consistant à substituer aux voix des comédiens d'une œuvre...) pour la décoration. Les cages cuivres permettent d'atteindre des performances supérieures à 100 dB à 100 MHz.

  1. - cages architecturales en tissu métallisé

La cage est réalisée à l'aide d'une tapisserie métallisée posée à l'aide de colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des...), comme un papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres...) peint classique. Cette technique présente les mêmes avantages que les cages cuivre. Les performances atteintes sont supérieures à 60 dB à 100 MHz. Ces performances suffisent dans une majorité d'application. L'intérêt de cette technique est qu'il est possible d'y adjoindre des fenêtres. En effet, l'inconvénient principal des cages de Faraday est que pour préserver les performances, il est impossible d'y installer des fenêtres (80 dB max.). Il est donc difficile d'envisager un poste de travail permanent en cage de Faraday modulaire ou cuivre.

Il faut rappeler:

  1. - que les performances (et le coût !!!) d'une cage tiennent pour l'essentiel dans ses accessoires: portes, fenêtres, passages pour la ventilation (nids d'abeille), et les fluides (guides d'ondes).
  2. - que tous les conducteurs pénétrant et sortant de la cage doivent être munis de filtres radioélectriques (sinon, les conducteurs se comportent comme des antennes et diminuent très fortement les performances globales de la cage).

Exemples d'applications

  • L’automobile est une cage de Faraday courante, qui bien qu'imparfaite joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) souvent bien son rôle. L’utilisation de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) composites non conducteurs ainsi que les ouvertures vitrées font que suivant le modèle, elle n'est que rarement une bonne cage de Faraday.
  • Le boîtier métallique des ordinateurs constitue également une cage de Faraday. Si ce boîtier est non métallique (plastique), il est, pour répondre aux normes de radio-compatibilité, doublé aux endroits stratégiques, d'une fine feuille métallique reliée à la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) électrique de la machine.
  • En général, beaucoup d'appareils électroménager (Le terme électroménager caractérise tous les appareils et outils utilisant l'électricité et,...) sont équipés de blindage internes formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) des cages de Faraday au moins pour les parties sensibles. Bien souvent pour des impératifs de coûts de construction, les feuilles métalliques de blindage sont remplacées par une couche d'un matériau conducteur appliqué par projection sur l'intérieur de la carrosserie (La carrosserie est l'enveloppe rigide d'une machine, destinée à protéger les organes situé à...) fait de matériaux isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes....).
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