Compatibilité électromagnétique - Définition

Introduction

Chambre anéchoïque RF utilisée pour les essais CEM (émissions et immunités rayonnées)

La compatibilité électromagnétique (CEM) est l'aptitude d'un appareil ou d'un système électrique, ou électronique, à fonctionner dans son environnement électromagnétique de façon satisfaisante, sans produire lui-même des perturbations électromagnétiques intolérables pour tout ce qui se trouve dans cet environnement.

Une bonne compatibilité électromagnétique décrit un état de « bon voisinage électromagnétique » :

• limiter le niveau des émissions non désirées provenant de l'appareil, afin de ne pas perturber la réception radio ou les autres équipements ;
• être suffisamment immunisé envers les perturbations provenant des autres équipements, ou plus généralement de l'environnement.

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

Les diverses réglementations requièrent un niveau de compatibilité électromagnétique à respecter (directives européennes, FCC pour les USA...). Elles ont donc établi des méthodes d'évaluation des perturbations, ainsi que des limites de niveau de perturbation à ne pas dépasser ou à supporter dans un environnement donné.

Définitions

CEM

Perturbation électromagnétique : 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 vivante ou inerte. Une perturbation électromagnétique peut être un bruit, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même.

Pollution électromagnétique: La plupart des équipements électriques et électroniques génèrent des champs électromagnétiques perceptibles dans leur environnement; l'ensemble de ces champs créée une véritable pollution qui perturbe parfois le fonctionnement d'autres équipements. Ainsi, il est interdit d'utiliser un téléphone portable dans un avion parce qu'il émet un champ électromagnétique auxquels les systèmes radioélectriques d'aide au pilotage (navigation, décollage / atterrissage) risquent d'être sensibles.

La compatibilité électromagnétique, par extension (ou abus de langage), 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, ou via des essais, normalisés ou non).

Compatibilités électromagnétiques (au pluriel): compatibilité entre émetteurs et récepteurs volontaires colocalisés (par exemples, les antennes placées sur un même avion, un même bateau ou un même toit d'immeuble).

Émission / Susceptibilité

La compatibilité devant être assurée dans les deux sens, 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 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 microprocesseur 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 servant d'antenne pour transformer les transitoires de courant temporels dans chaque cellule individuelle en un champ électromagnétique décrit par un « brouillard coloré » fréquentiel,
• une victime peut aussi subir ce type de décomposition, mais son critère de susceptibilité varie également selon qu'on « regarde » le composant ou le système : par exemple, pour un même réseau Ethernet, on pourra se focaliser

• sur la perturbation du niveau logique ou du diagramme de l'œil (associé au composant électronique) falsifiant un bit,
• sur le risque que les redondances associées au codage de la trame (par exemple en 1000baseT) ne permettent pas de la reconstituer,
• sur l'acceptabilité ou non de la réduction de bande passante 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, on n'est pas totalement démuni… (il est rare de voir un radiotélescope installé dans une zone où les orages sont fréquents).

Afin de caractériser le comportement d'un appareil indépendamment des autres, les couplages sont nécessairement décomposés en deux sous couplage : source/environnement et environnement/victime, c'est pour cela que les normes font appels à différents type d'environnements. Résidentiel et commercial léger ou industriel dans la plupart des cas.