Compatibilité électromagnétique - Définition et Explications

Les bruits électromagnétiques et radioélectriques sont le résultat de tous les courants électriques induisant une multitude de champs et signaux parasites.

Définitions

CEM

La " compatibilité électromagnétique " (presque toujours abrégé en " CEM ") décrit un état de " bon voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) électromagnétique " :

  • ne pas " trop " déranger les voisins ;
  • supporter un niveau " raisonnable " de bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) de leur part, ou plus généralement de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...).

Ou : " Aptitude d'un appareil ou d'un système à fonctionner dans son environnement électromagnétique de façon satisfaisante et sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) ce qui se trouve dans cet environnement. "

On peut citer aussi la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) des perturbations électromagnétiques : " Phénomène électromagnétique susceptible de créer des troubles de fonctionnement d'un dispositif, d'un appareil, ou d'un système ou d'affecter défavorablement la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) vivante ou inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.). Une perturbation électromagnétique peut être un bruit, un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même ".

Les champs électromagnétiques générés par tous les équipements électriques et électroniques ont créé une véritable pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le...). Les champs électromagnétiques émis par ces appareils perturbent le fonctionnement d'autres équipements. Ainsi, il est interdit d'utiliser un téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix...) portable dans un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) parce qu'il émet un champ électromagnétique (Un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force...) auxquels les systèmes radioélectriques d'aide au pilotage (navigation, décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état...) / atterrissage) risquent d'être sensibles.

Par extension (ou abus de langage), la compatibilité électromagnétique (La compatibilité électromagnétique (CEM) est l'aptitude d'un appareil ou d'un...) désigne en outre :

  • les techniques permettant d'obtenir la compatibilité électronique d'un appareil ou d'une installation avec son environnement (règles de conception et de fabrication) ;
  • les techniques permettant de vérifier la réalité de cette compatibilité (simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...), ou via des essais, normalisés ou non).

Enfin, l'expression " compatibilités électromagnétiques " (au pluriel) désigne la compatibilité entre émetteurs et récepteurs volontaires colocalisés (par exemples, les antennes placées sur un même avion, un même bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer,...) ou un même toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant...) d'immeuble).

Émission / Susceptibilité

La compatibilité devant être assurée dans les deux sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...), on est conduit à définir deux types de phénomènes :

  • Les émissions (terme choisi par les normes aérospatiales ou similaires) ou perturbations (équivalent dans les normes industrielles) désignent les signaux (volontaires ou non) dont la propagation est de nature à nuire au bon fonctionnement des objets ou à la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) des êtres vivants situés au voisinage,
  • La susceptibilité désigne un comportement d'un appareil, en réponse à une contrainte externe (volontaire ou non, naturelle ou artificielle), jugé incompatible avec une utilisation normale. Le contraire de la susceptibilité est l'immunité.

Phénoménologie CEM

Le modèle " source / couplage / victime "

Qu'il s'agisse d'émission ou de susceptibilité (ce n'est qu'une question de direction), le phénomène ne se produit (ou n'est gênant) que s'il y a, simultanément :

  • une " source " (d'un signal parasite) ;
  • une " victime " (vulnérable au signal parasite) ;
  • et un couplage entre les deux.

Qu'un seul de ces éléments soit absent (et pas nécessairement le couplage, trop souvent le seul pris en considération), et la CEM est restaurée.

La configuration du modèle " source / couplage / victime " dépend de l'échelle à laquelle on le regarde :

  • une source peut être décomposée en une autre source et un couplage : par exemple, l'émission radio d'un micro-processeur est le résultat de la commutation de cellules logiques (source), les métallisation de la puce ainsi que les pistes du boîtier ou du circuit imprimé (Le circuit imprimé est un support, généralement une plaque, destiné à regrouper des composants...) servant d'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) pour transformer les transitoires de courant temporels dans chaque cellule individuelle en un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électromagnétique décrit par un " brouillard coloré " fréquentiel,
  • une victime peut aussi subir ce type de décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...), mais son critère de susceptibilité varie également selon qu'on " regarde " le composant ou le système : par exemple, pour un même réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) Ethernet (Ethernet est un protocole de réseau local à commutation de paquets. Bien qu'il...), on pourra se focaliser
  • sur la perturbation du niveau logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος),...) ou du diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées,...) de l'œil (associé au composant électronique) falsifiant un bit,
  • sur le risque que les redondances associées au codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des...) de la trame (Le mot trame peut désigner :) (par exemple en 1000baseT) ne permettent pas de la reconstituer,
  • sur l'acceptabilité ou non de la réduction de bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la...) causée par la réémission de trames perturbées (TCP/IP),
  • sur l'intelligibilité des signaux analogiques reconstitués malgré les trames perturbées (VoIP), etc., etc.

Ce genre de décomposition n'est pas indéfini : on finit toujours par arriver à des sources ultimes (signaux fonctionnels, phénomènes naturels ou intentionnels). Idem pour les victimes. Même à ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...), on n'est pas totalement démuni… (il est rare de voir un radio-télescope installé dans une zone où les orages sont fréquents).

Conduction et rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...)

On classe les couplages en deux catégories :

  • couplage par rayonnement : champ électrique (En physique, on désigne par champ électrique un champ créé par des particules...), champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...), champ électromagnétique ;
  • couplage par conduction : transmission du signal par un conducteur (n'importe quel conducteur, et pas nécessairement un morceau de fil destiné à conduire de courant électrique : un tuyau de climatisation (La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les...) fait parfaitement l'affaire).

La frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux...) entre les deux comporte une part d'arbitraire, certaines normes classant certains couplages par champ électrique ou magnétique (mais pas tous…) dans la case " conduction ".

Compte tenu de ce qui précède, on a pu dire que, finalement, la CEM peut toujours se ramener à de la conduction…

Émission / Susceptibilité

Le modèle " source / couplage / victime " permet de décrire un par un tous les cas possibles, … ce qui risque de prendre du temps, et de ne pas servir à grand-chose, pour peu que les configurations évoluent dans le temps. On a donc besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de créer des " classes synthétiques " de configurations CEM.

À partir de ce constat, on peut redéfinir plus rigoureusement émission et susceptibilité :

  • Dans le cas des émissions, la " victime " du modèle est remplacée par un critère artificiel (niveau maximal toléré pour certaine grandeur de type électromagnétique, défini d'une certaine manière, dans une certaine configuration).
  • Pour la susceptibilité, on définit la source (et une partie du couplage), et on définit une susceptibilité particulière pour chaque type de source (ou combinaison (Une combinaison peut être :) de sources, dans les cas les plus " tordus ") que la victime potentielle étudiée risque de rencontrer. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...), le mot " susceptibilité " pris seul est dépourvu de sens. On ne sait définir que la susceptibilité à l'agression X (ou l'immunité à l'agression Y).

Malgré cette simplification, on voit que la combinatoire est encore foisonnante… " Peigner tout ça dans le sens du poil ", c'est le boulot des normes. Et comme tous les objets n'ont pas les mêmes voisins, il est logique que chaque domaine tende à avoir " sa " norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un...).

Etc.

2 types de perturbations:

  • BF :Action sur les courants forts (puissance) et sur les courants faible (commande).
  • HF :Action sur la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...).

Les générateurs de perturbations HF:

  • Volontaires
téléphonie mobile (La téléphonie mobile désigne toute l'infrastructure de télécommunication permettant d'utiliser...), réseaux informatiques (wifi wimax), rfid etc..
  • Involontaires
éclairage, alimentation à découpage (Une alimentation à découpage est un dispositif à base d'électronique de puissance permettant de...), foudre (La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive qui...)

Types de conduction des perturbations

  • BF en mode conduit (véhiculé par le conducteur)
  • HF en mode rayonné (pas de connexion physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) entre pollueur et pollué)

Les sources

Décharges électrostatiques (d'origine humaine)

Il s'agit d'une " source " parasite naturelle, probablement la plus répandue. Le mécanisme est le suivant :

  • le corps d'un être humain (utilisateur, dépanneur, fabriquant, peu importe) est chargé par effet tribo-électrique,
  • les charges accumulées se déchargent brutalement, quand une opportunité se présente : c'est la décharge électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre...) (ou DES, ou ESD en anglais).

Non seulement c'est très désagréable pour le porteur (ou la porteuse) de charges, mais, si l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) qui a servi " d'opportunité " est d'un naturel fragile, il risque de ne pas apprécier. Les conséquences possibles pour un matériel électronique " victime " sont :

  • la destruction d'un composant (en fabrication, en utilisation ou en maintenance),
  • des dysfonctionnement (" plantages ", pertes de données),
  • des phénomènes analogiques transitoires (" clics " dans un haut parleur, p.ex.)
  • plus complexe, certaines méthodes d'immunisation d'un matériel (par exemple, une enveloppe conductrice) pourront conduire ses utilisateurs à craindre ou refuser de s'en servir, pour éviter des chocs électriques.

Le phénomène " décharge électrostatique d'origine humaine " est modélisé, dans la normalisation, par :

  • un générateur d'impulsion, modèle électrique du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.), constitué d'un circuit " capacité + résistance ", en série ; la plupart des normes font appel à un condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de...) de 330 pF se déchargeant dans une résistance de 330 Ω ; ce modèle, trop grossier pour décrire intégralement l'impulsion, est complété par des caractéristiques temporelles (majorant du temps de montée, nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) et taux de répétition des impulsions, etc.)
  • un modèle géométrique d'un doigt humain, servant d'électrode de sortie au générateur, accompagné d'un scénario de couplage (contact direct, couplage inductif représentant un contact sur un objet proche, etc.
  • un niveau de sévérité, pouvant être la tension (La tension est une force d'extension.) de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) initiale du condensateur, ou la valeur crête de l'impulsion (le générateur étant connecté sur une charge résistive de référence), variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) selon le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de précautions contre les décharges électrostatiques qu'il est raisonnable d'attendre des humains qui se trouvent à proximité.

La foudre

Avec la foudre, on ne quitte pas le domaine de la triboélectricité, on change simplement d'échelle. Un cumulo-nimbus, c'est plusieurs km³ d'un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...), de vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) et de particules de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.), le tout brassé par des courants violents. Après une semaine de ce régime, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de charge cumulée est colossale. Ces charges sont réparties " au petit bonheur " dans des " poches " positives ou négatives, créant des différences de potentiel se chiffrant en mégavolts. Pour compléter le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :), les poches situées dans la couche la plus basse créent, sur le terrain (conducteur) survolé, des zones chargées par influence, de signe opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...).

Quand le champ électrique est suffisamment élevé, une ou plusieurs poches (+ le sol) se déchargent mutuellement. Cela peut se produire

  • soit parce que, de manière aléatoire, le rayon de courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure...) local d'une poche de charge est assez réduit pour atteindre le champ d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...) de l'air à l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) considéré, ce qui déclenche, de proche en proche, une sorte de " réaction en chaîne ",
  • soit parce qu'un conducteur (avion, fusée (Fusée peut faire référence à :), qu'il s'agisse d'Ariane ou d'une fusée " anti-foudre ") se promène dans le coin, avec pour effet :
  • de diminuer la distance isolante entre poches de charges (donc, d'augmenter le champ électrique sur la distance qui reste),
  • d'introduire des équipotentielles (bien forcé, s'il s'agit d'un conducteur…) à faible rayon de courbure (oui, c'est cela, des pointes).
Du coup, pour peu que le champ initial soit assez élevé, on est quasi-certain de déclencher une ionisation se transformant en foudroiement (on parle de foudre " déclenchée ").

Dans un cas comme dans l'autre, il faut se souvenir que la foudre est un processus naturel complexe, faisant intervenir aussi bien les lois de l'électrostatique, de l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude...), de la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...), de l'aérodynamique (L'aérodynamique est une branche de la dynamique des fluides qui porte principalement sur la...), etc., etc. Il existe des modèles relativement satisfaisants du phénomène, à 1, 2 ou 3 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...). Et des photos de foudroiement réel qui montrent des choses beaucoup plus compliquées.

Revenons au foudroiement d'un avion de ligne (Un avion de ligne désigne un appareil utilisé pour le transport de passagers sur des...), phénomène qui se produit à peu près toutes les 2000 ou 3000 heures de vol. Le " scénario de base ", qui se produit " souvent " est le suivant :

  • l'avion met le nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de...) dans une zone à champ élevé, c'est donc le nez qui est foudroyé (en premier) ; de haut en bas ou de droite à gauche, ou tout intermédiaire, dans le sens de votre choix : tout dépend de la position des " poches " de charges au départ et, donc, de l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) du champ électrique,
  • durant les dizaines ou centaines de millisecondes qu'il faut pour " vidanger " les " poches " de charges, éventuellement avec des à-coups (on n'a jamais prétendu qu'une poche de charges était quelque chose d'homogène à l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) t…), le canal de plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées...) servant à écouler le courant de foudre est soumis à de multiples influences, les principales étant :
  • le champ magnétique produit par le courant de foudre tend à augmenter tout rayon de courbure local et, donc, à déstabiliser, déformer, voire éclater le canal (ce champ est d'ailleurs mis à profit de cette façon dans un très astucieux type de bandes parafoudres),
  • le gradient de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), qui tend à recentrer le courant " là où il fait chaud ", tout déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) physique du canal devant se payer d'un chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) du nouveau trajet (et d'un refroidissement de l'ancien) ;
le courant est donc instable, mais avec une inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...) importante ;
  • et l'avion, dans tout cela ? Il continue d'avancer, avec une vitesse (On distingue :) de l'ordre de 100 à 250 m/s : un gros avion de ligne avance de sa propre longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) en 300 ms environ, et il est donc balayé par l'arc qui, lui, reste plus ou moins fixe, selon un processus évidemment pas linéaire (ce serait trop simple) :
  • à l'endroit de l'impact (en entrée comme en sortie), le courant de foudre vaporise un " petit bout d'avion " (peinture, aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....), composite : ce qui traîne à cet endroit là), ce qui fournit une excellente électrode pour profiter du raccourci que constitue l'avion,
  • au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure que l'avion avance, ce point (Graphie) d'entrée s'éloigne du cheminement d'ensemble : le courant de foudre commence à faire un détour, dont la longueur augmente très vite dès que le champ magnétique s'exerce sur lui,
  • du coup, le champ au début du détour se met à augmenter, suffisamment pour percer un nouveau trou (à travers la peinture s'il y en a),
  • et c'est comme cela qu'une cellule d'avion touchée par un foudroiement " bien élevé ", respectueux du modèle, se retrouve ornée d'un joli pointillé, avec un espacement variable en fonction de la présence et de l'épaisseur de la peinture),
  • avec accrochage occasionnel un peu plus prolongé sur des " machins qui dépassent " (antenne, gouverne…)
  • tout ceci jusqu'au moment où les points d'entrée ou de sortie arrivent à un cul de sac (extrémité d'aile, de dérive, etc.) : le courant de foudre, s'il existe encore après tout ce temps, finit par se rebrancher sur lui-même, sans passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) par l'avion, quand le champ provoqué par la chute de tension le long du détour est suffisant pour ioniser l'air " aux bornes du détour ".

Naturellement, il existe de multiples cas de foudroiement " malpolis ", qui ont refusé le modèle qu'on avait prévu pour eux.

Pour les fusées, c'est à peu près pareil, en plus vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en...). Plus quelques différences :

  • les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) en sortie de tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé...) d'un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) fusée sont beaucoup plus chauds que ceux sortant d'un turbo-réacteur, ce qui les rendent faciles à transformer en canal de foudroiement,
  • les fusées servant à étudier la foudre sont munies d'une " laisse " reliée à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), fournissant, en se volatilisant, un canal " naturel " à la foudre déclenchée.

Autres décharges électrostatiques

Si des charges électrostatiques s'accumulent sur un objet isolé, il pourra survenir une décharge électrostatique dès que le potentiel de cet objet atteindra une certaine valeur : il y aura décharge entre cet objet et un autre objet de son environnement. L'air lui-même contient des charges: Les petites charges, constituées par des ions légers, sont dues à l'ionisation des molécules gazeuses par le rayonnement UV du soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Des charges plus grosses sont constituées par des poussières chargées, ou par des gouttelettes d'eau chargées. Ainsi, un objet qui se déplace dans l'air peut récupérer ces charges , ce qui va faire monter son potentiel électrostatique par rapport à son environnement. Même un objet immobile mais isolé pourra récupérer des charges, si l'air se déplace. Pour toutes ces raisons, il arrive souvent qu'un objet demeuré isolé pourra générer une décharge électrostatique avec son environnement immédiat (isolateurs...). Si l'objet fait partie d'un appareil électronique, la décharge pourra avoir lieu à travers un condensateur d'isolation, et détruire ce dernier. C'est pour cette raison que les antennes des systèmes de télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance...) ne sont jamais parfaitement isolées en continu, et que les tests CEM sont également appliqués aux antennes des terminaux radio.

Quelques autres sources naturelles

Émetteurs : radiodiffusion, télévision (La télévision est la transmission, par câble ou par ondes radioélectriques, d'images ou de...), télécommunications, radars, etc.

Transitoires dans les réseaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) (dus à l'exploitation du réseau)

Dans cette catégorie, le " monstre " est d'origine humaine, c'est la fermeture (Le terme fermeture renvoie à :) de grande boucle. Pour comprendre ce dont il s'agit, il faut imaginer :

  • une centrale électrique (Une centrale (de production d'énergie) électrique est un site industriel destiné...) de base (genre 4 tranches nucléaires, fournissant dans les 5 GW sans trop forcer)
  • une grande ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...), pour laquelle les 5 GW ne représentent qu'une partie des besoins,
  • et, entre les deux, deux lignes haute tension plus ou moins parallèles, sur 3000 km.

Le " truc ", c'est que les 3000 km correspondent à une demi-longueur d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) (λ/2) d'un signal à 50 Hz. Et que, pas de pot, l'une des deux lignes est ouverte au raz de la centrale : il y a des tas de raisons possibles pour ça (maintenance, etc.). Du coup, chacune des 3 sinusoïdes (on est en triphasé) fabriquées par la centrale se retrouve en opposition de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) au bout des 6000 km de ligne (aller par l'une et retour par l'autre). Soit 800 000 volts efficaces, juste séparés par un interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant...) ouvert.

Et comme on a soudain besoin des deux lignes, cet interrupteur, on le ferme…

Jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre soit établi (au minimum 10 ms pour la partie apériodique), les 5 GW vont partir (en totalité à l'instant de la fermeture) dans le court-circuit dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...).

Dans le réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer...) européen maillé et entièrement interconnecté, des manœuvres de ce genre, il y en a plusieurs par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). Pas aussi extrêmes, car la résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) n'est jamais exacte, et la nature répartie des charges et des autres sources fournit un amortissement. Il n'empêche, à chacune de ces fermetures de grande boucle, c'est tout le réseau européen qui tremble (Le tremble, aussi appelé peuplier tremble (Populus tremula) en Europe, est une espèce...) comme une cuillerée de gelée de groseille, durant plusieurs secondes. Avec mention spéciale pour les pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) " en bout de ligne ", qui jouent le rôle ingrat de réflecteur (donc, de ventre de tension, encore qu'aucune onde stationnaire (Une onde stationnaire est le phénomène résultant de la propagation simultanée dans des...) n'aie vraiment le temps de s'établir).

Ce genre de chose, bien qu'atténué dans la mesure du possible, laisse des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de...) jusqu'à vos lampes et vos prises de courant. Il faut aussi ajouter à ces résidus tous les phénomènes similaires (bien qu'à échelle plus réduite) affectant les divers réseaux à tension de plus en plus basse.

Effets indirects de la foudre

Quand la foudre tombe quelque part (ou qu'un éclair survient au sein d'un nuage), le courant produit un important champ magnétique impulsionnel, qui vient se coupler avec tous les conducteurs environnants (tous les conducteurs, pas seulement ceux que l'on a mis là dans le but d'y transmettre de l'électricité).

Commutations " courants forts "

L'archétype de ce genre de source est l'omniprésente " alimentation à découpage ".

Commutations " courants faibles "

Cette fois, c'est l'horloge des millions de circuits logiques séquentiels qui nous environnent qui se trouve sous le feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) des projecteurs.

Les " méchants " : IEMN, guerre électronique, armes hyperfréquences

Il faut rendre cette justice aux militaires de tous les pays : depuis Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien :...) et ses miroirs ardents, censés avoir incendié la flotte romaine devant Syracuse, ils ont généreusement financé de nombreuses idées de "Rayon de la Mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...)", avec des résultats variables (et parfois complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) inattendus, comme le Radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la...), s'il faut en croire la biographie de Nicolas Tesla).

Parmi la multitude d'idées sérieuses ou loufoques en la matière, il y en a 3 touchant particulièrement la CEM :

  • l'impulsion électromagnétique (En télécommunication, la pulsation ou impulsion électromagnétique (IEM), electromagnetic pulse...) d'origine nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) (IEMN), pas forcément si nucléaire que cela d'ailleurs,
  • la guerre électronique : leurres, brouilleurs et autres attrape-radars (militaires ou civils) ou tueurs de conversation,
  • la dernière mode : les armes électromagnétiques.

Impulsion électromagnétique d'origine nucléaire (IEMN)

Dès 1946, le gouvernement des USA a acquis deux certitudes :

  • l'URSS allait envahir le morceau de l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) non encore sous son contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) (ou plus si affinités), lors d'une attaque surprise pouvant intervenir d'une heure (L'heure est une unité de mesure  :) à l'autre,
  • compte tenu du nombre de soldats de part et d'autres, la seule arme permettant de garantir une défaite soviétique était la bombe atomique (pas faux… Staline se fichait éperdument que l'Europe soit vitrifiée ou que des millions de russes meurent. Par contre, que le contenu de son joli costume de dictateur puisse être personnellement vulnérable l'enquiquinait, au point qu'il a ordonné la construction du système de défense le plus coûteux et le plus complexe qui ait jamais existé, " guerre des étoiles " Reagannienne incluse).

L'armée américaine s'est donc lancée dans un vaste programme d'essais d'armes nucléaires. Le Nouveau Mexique, où ont explosé les premières bombes, comportant une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) d'électeurs trop élevée pour en poursuivre l'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...), et le Japon étant devenu un allié, ces essais ont eu lieu sur l'atoll de Bikini. Au ras du sol, sous l'eau, en l'air, bombes d'avion, obus d'artillerie ou mine : à part en suppositoire, ils ont tout essayé… Y compris deux tirs successifs dans la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :).

Après chacun d'entre eux, il y a eu une panne électrique à Hawaï (Hawaï ou Hawaii (en hawaïen : Hawai‘i ; en anglais : Hawaii) est un...) (à un bon millier de km de là, à vol de B29). Panne provoquée par une impulsion électromagnétique géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...), qui, couplée aux lignes électriques, a déclenché (Un déclenché (ou tonneau déclenché) est une figure de voltige aérienne.) tous les disjoncteurs. Et les responsables militaires américains se sont dit " Alors comme ça, depuis son bureau, le président pourrait éteindre la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) à Moscou ? Cool… ". La zapette ultime, en quelque sorte. Mais pas question de continuer les travaux pratiques, il a fallu faire de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...).

Et la théorie, la voici. Au fond, après coup, quand on sait ce qu'il faut chercher, c'est tout simple :

  • Une bombe atomique émet des rayons ionisants. Et les rayons ionisants, ça ionise ce qu'il y a tout autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...), à commencer par l'air. C'est comme ça qu'apparaît une boule de feu, " bouillie " d'électrons et de noyaux d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...), d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) et autres atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) présents sur place.
  • À cause de la température et de la pression de radiation (La pression de radiation est la pression exercée sur une surface exposée à un rayonnement...), cette boule subit une expansion rapide : des charges électriques qui se déplacent, voilà une bonne base pour créer une impulsion électromagnétique, non ?

Non. Ça ne marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un...) pas. Les électrons (négatifs) et les noyaux (positifs) font en gros le même trajet, donc leurs effets respectifs se compensent.

  • Oui, mais tout ça se passe dans le champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe –...). Du coup, en se déplaçant, les électrons vont partir " en biais " dans un sens, et les ions positifs dans l'autre, et là, on l'a notre impulsion, non ?

Non. Ça ne marche toujours pas. Comme la boule s'étend dans tous les sens, le déséquilibre du nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) sera compensé par celui du sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), celui du haut par celui du bas, celui de l'est par celui de l'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...). On se récupère un moment dipolaire. Par de quoi éteindre la télé à 1000 km.

  • Alors ? Mais au fait, ça se passait lors de tirs à haute altitude, ce truc… Si la bombe explose assez haut, il n'y aura plus de " boule de feu du haut ", vu qu'il n'y a pas assez d'air à ioniser. Et le déséquilibre de la partie basse de la boule, causé par la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) des charges + et - par le champ terrestre, ne sera plus compensé par rien ?

Ah ? Oui, tiens, là ça marche…

Calcul de l'endroit " idéal " où faire exploser la bombe pour " arroser " tout un continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens...), calcul de blindage, de filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.), mesure de " tenue " des composants, communications " durcies " : voila (Voila est un portail web multi-services lancé en juillet 1998 par France Télécom. Il est fondé...) un " fond de commerce " qui aura nourri son monde (Le mot monde peut désigner :), durant 40 ans… À la " grande époque " de la guerre froide, certains stratèges américains considéraient comme acquis que tous les missiles embarqués sur sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de...) serviraient à " fabriquer " de l'IEMN à jet continu, seuls les missiles au sol étant assez précis pour détruire les " silos de la vengeance " dans les plaines américaines (seulement, voilà : les missiles au sol ont une trentaine de minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) de voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) à faire, alors qu'un sous-marin bien placé peut commencer le feu d'artifice 5 minutes après avoir " déclaré la guerre " ; ils devaient donc servir d'apéritif, pour empêcher la victime de réagir. Il faut dire que, même si on a soigneusement évité de trop en avertir les bailleurs de fond (oui, le contribuable), la vulnérabilité (En gestion des risques, la vulnérabilité d'une organisation ou d'une zone...) du réseau électrique est devenue de moins en moins évidente : avec des réseaux maillés de plus en plus grands, l'IEMN s'est vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) rattrapé, en terme de pire contrainte, par la fermeture de grande boucle (voir plus haut), du moins sur le plan énergétique. Depuis, la tendance est aux vaches maigres : avec la fin de la guerre froide, les nouveaux agresseurs potentiels n'ont pas assez de bombes pour en " gaspiller " une à " faire des parasites ". La menace est donc de moins en moins crédible.

Un dernier mot sur ce genre de " gadget " : il existe un autre moyen de briser la symétrie, c'est de faire exploser la bombe au ras du sol. Ça fonctionne, mais avec un rayon d'action plus limité. On s'est d'ailleurs rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) compte que le côté " atomique " n'était pas indispensable : une bombe FAE (Fuel Air Explosive) est capable de " fabriquer " une impulsion électromagnétique.

Guerre électronique

Armes électromagnétiques

Les victimes

Les couplages

On distingue deux familles de techniques :

  1. les techniques dites d'émission ;
  2. les techniques dites de susceptibilité ou d'immunité

Techniques traitant des émissions

Tout équipement électrique ou électronique, en dehors de son fonctionnement de base, fabrique à notre insu des courants alternatifs ou impulsionnels dont le spectre en fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) peut être très étendu (de quelques Hz à plusieurs GHz). Ces courants circulent dans les différents câbles ou circuits imprimés de l'appareil et donc quand ces conducteurs sont, de par leur longueur, de plus ou moins bonnes antennes, il y a émission de champ électromagnétique.

On peut mesurer le rayonnement émis par l'équipement dans un large spectre de fréquences. Pour ce faire, l'appareil est en fonctionnement dans une cage de Faraday (Une cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances électriques et...) ou dans une chambre anéchoïque (Une chambre anéchoïque est une salle d'expérimentation dont les murs et le plafond sont...) et une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de mesure constituée d'antennes calibrées en gain et d'un récepteur, permet de quantifier le rayonnement de l'appareil.

En modifiant la conception de l'appareil, on peut réduire le niveau émis. Les niveaux acceptables sont en général normalisés. Ainsi, les équipements électriques d'avions civils sont traités par la norme RTCA/DO160E (dernière version), les équipements grand public sont traités par les normes CEI européennes et font l'objet du marquage " CE ".

Techniques traitant des susceptibilités

Terminologie: On appelle niveau de susceptibilité d'un appareil le niveau de perturbation auquel l'appareil présente un dysfonctionnement. On appelle niveau d'immunité le niveau auquel l'appareil a été soumis lors des essais et pour lequel il doit fonctionner normalement.

essais d'immunité aux champs electromagnétiques rayonnés:

Comme on ne peut pas " réduire au silence radio " les appareils électriques, les autres équipements installés dans leur voisinage ne doivent pas être sensibles aux perturbations émises. Toujours dans une cage de Faraday, l'appareil en test est soumis à des champs électromagnétiques générés à partir de générateurs, amplificateurs et antennes. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...) est balayé en général jusqu'à 2,5GHz avec un niveau de champ requis par la norme correspondante.

Lorsqu'on observe un dysfonctionnement de l'appareil en test, on dit alors qu'il est susceptible. Il existe des techniques pour modifier la conception de l'appareil afin qu'il soit conforme à la norme.

Comme vous pouvez l'imaginer, la cohabitation de nombreux appareils dans un avion ou dans une automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un...), implique que tous ces équipements ne soient pas intégrés au véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...) sans que des tests sévères soient réalisés.

La CEM va déterminer : les écarts entre câbles, les composition des câbles ,les filtres à installer sur les équipements, la structure mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) entourant l'équipement...

Les essais prévus par le normes permettent de vérifier que le niveau d'immunité est respecté mais si le test est OK (pas de dysfonctionnement) ils ne permettent pas de connaitre le niveau de susceptibilité de l'appareil.

L'ecrasante majorité des appareils electroniques a un niveau d'immunité aux champs electromagnétiques rayonnés de 3V/m pour les fréquences de 80Mhz à 2.5GHz.

Sont concernés les appareil utilisés a domicile ou au bureau (environnement résidentiel), ainsi que 95% des appareils a usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) médical utilisés pour le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) ou le controle des traitements (thermometres électroniques, lecteurs de taux de glycemie etc..)

Le niveau d'immunité est de 10V/m pour les appareils destinés a être utilisés en environnement industriels ou certains appareils electroniques medicaux "critiques" dont un dysfonctionnement peut tuer immédiatement.

Certains appareils utilisés en environnement très pollué ont un niveau d'immunité beaucoup plus élevé par exemple ceux utilisés sous le capot des automobiles.

Réglementation

matériels industriel ou grand public

Tous les produits mis sur le marché (peu importe qu'ils soient vendus, donnés, prêtés…) doivent recevoir un marquage CE, attestant la conformité aux exigences découlant de toutes les directives européennes applicables. Donc, dans le cas des appareils électroniques, de la directive CEM. Les seules exceptions sont :

  • les réalisations des radio-amateurs, pour leur propre usage,
  • en France, l'électronique médicale.

En outre, il existe d'autres marquages :

  • le sigle VDE allemand, bien qu'officiellement obsolète (remplacé par le marquage CE), conserve un certain prestige sur son marché,
  • l'industrie automobile a développé son propre marquage
  • le marquage américain FCC fait l'objet d'une reconnaissance réciproque (La réciproque est une relation d'implication.) (il est équivalent du CE, pour la CEM du moins).

matériels aérospatial ou militaire

Les matériels montés sur avions font l'objet de certifications reconnues au niveau mondial (FAR/JAR), ainsi que d'exigences particulières des avionneurs, vérifiées sous le contrôle de ces derniers (après tout, ce sont eux qui auront leur nom dans les journaux en cas d'ennuis). La certification se substitue au marquage CE. Par contre, le matériel aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de...) restant au sol est marqué CE comme le matériel industriel " ordinaire " qu'il est.

Exigences particulières aussi pour les engins spatiaux et le matériel militaire. Si le statut des premiers est clair (le pouvoir de la commission de Bruxelles est soumis à la pesanteur…), l'exemption des seconds (dans la plupart des pays d'Europe) vient d'une des clauses du traité de Rome, autorisant un gouvernement à ne pas appliquer une décision communautaire au matériel militaire. En France, cette décision, portant sur la seule directive CEM " ancien modèle " (obsolète en 2007) est matérialisée par une circulaire interministérielle, qui n'a, semble-t-il, jamais été notifiée à la commission de Bruxelles.

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