BTS ELT 2 ème année - Sciences physiques appliquées CH16 : Les perturbations électromagnétiques Norme CEM Enjeu : Problématique : Les perturbations électromagnétiques ont provoqué par le passé de nombreux accidents. En étudiant quelques cas, vous devez vous prononcer sur les causes de l accident et les solutions techniques qui auraient permis de les éviter. A1.5. Ondes : Rapport au programme : Perturbations électromagnétiques par conduction par induction, par effet capacitif, par rayonnement : causes, effets, remèdes H1. Notions d onde et de rayonnement H2. Pollution harmonique, norme CEM Objectifs : A l issue de la leçon, l étudiant doit : 16.1 Savoir définir les notions de CEM et de perturbation électromagnétique 16.2 Savoir citer les différentes causes de perturbations et des solutions de remédiation Travail à effectuer : 1. Réaliser la fiche résumée en utilisant l annexe du chapitre. 2. Réponse à la problématique : EXTRAIT D UN ARTICLE DES TECHNIQUES DE L INGENIEUR : Les perturbations électromagnétiques ont provoqué par le passé de nombreux accidents. Parmi les plus spectaculaires, on peut citer la destruction du porte-avions Forrestal en 1967 lors de la guerre du Vietnam. Un radar de bord a éclairé l'un des chasseurs prêt à décoller, perturbant le système de mise à feu des roquettes accrochées sous l'avion, l'une d'elles a été mise à feu, percutant un deuxième avion qui, lors de son explosion, a embrasé tous les autres avions se trouvant sur le pont. Le feu s'est propagé aux soutes à munitions et le porte-avions, ou plutôt ce qui en restait a été remorqué jusqu'aux États-Unis pour refonte complète.
On peut aussi citer la mise hors service du destroyer britannique HMS Sheffield par un missile Exocet, en 1982, durant le conflit entre la Grande-Bretagne et l'argentine à propos des îles Falkland. À cause de phénomènes d'interférences électromagnétiques, le système de détection antimissile du navire et son système de communication par satellite avec la Grande-Bretagne ne pouvaient opérer en même temps ; c'est au cours d'une de ces communications que l'argentine a lancé le missile Exocet qui mit le navire hors combat. On peut de même citer les accidents survenus aux hélicoptères Sikorsky de la série UH-60 Black Hawk, alors qu'ils volaient à proximité d'émetteurs micro-ondes de forte puissance tels que les radars des navires de guerre. 2.1 Que veut dire la phrase : «Un radar de bord a éclairé l'un des chasseurs prêt à décoller»? 2.2 A quel(s) type(s) de perturbations électromagnétiques appartiennent les causes d accident décrites dans l article? 2.3 Proposez une solution technique qui aurait pu permettre d éviter les accidents.
BTS ELT 2 ème année - Sciences physiques appliquées Annexe du CH16 : Les perturbations électromagnétiques Introduction : Le développement de l électronique et de l électronique de puissance fait que de très nombreux systèmes génèrent des hautes fréquences qui viennent polluer d autres systèmes par l intermédiaire du réseau ou par transmission hertzienne. Ceci peut rendre leurs utilisations délicates, voire dangereuses. Ces problèmes sont relativement récents et se manifestent à plus ou moins hautes fréquences. Il convient donc de connaître les causes de ces perturbations ainsi que leurs conséquences pour d une part, protéger les systèmes sensibles à ces perturbations et d autre part limiter les causes de pollution occasionnées par les systèmes fautifs. Depuis maintenant quelques décennies, les constructeurs doivent respecter des normes dans ces deux sens. 1. Qu est-ce que la CEM? La compatibilité électromagnétique (CEM) est définie comme l aptitude d un dispositif, 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 ce qui se trouve dans cet environnement. Une bonne compatibilité électromagnétique décrit un état de «bon voisinage électromagnétique» : ne pas «trop» déranger les voisins ; supporter un niveau «raisonnable» de perturbation électromagnétique. La norme CEI 6000 de la Commission Electrotechnique Internationale établit des limites aux perturbations électromagnétiques tolérables dans un réseau électrique. 2. Qu est-ce qu une perturbation électromagnétique? On appelle par perturbation électromagnétique, tout phénomène électromagnétique susceptible de dégrader les performances d un dispositif, équipement ou système... Les perturbations électromagnétiques sont le résultat de tous les courants électriques induisant une multitude de champs et signaux parasites. Une perturbation électromagnétique peut être un bruit électromagnétique, un signal non désiré ou une modification du milieu de propagation lui-même.
Exemple de système perturbé (extrait du guide technique Schneider sur la CEM) : 3. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par conduction et comment y On appelle perturbations par conduction, les perturbations électromagnétiques occasionnées par la transmission d'un signal par un conducteur. Cela peut être n'importe quel conducteur et pas nécessairement un fil destiné à conduire un courant électrique (un tuyau de climatisation peut être la cause de perturbations par conduction). La conduction concerne essentiellement les perturbations à basse fréquence (inférieure à quelques MHz). On peut citer le phénomène de pollution harmonique, qui est une perturbation électromagnétique qui se propage principalement par conduction. Réduire les variations de fréquences ou de tension Limiter les harmoniques
4. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par rayonnement et comment y On appelle perturbations par rayonnement, les perturbations occasionnées par un champ électrique, un champ magnétique ou un champ électromagnétique. Le rayonnement concerne principalement les perturbations à haute fréquence (supérieure à 30MHz) Diminuer les champs (électriques ou magnétiques) perturbateurs Utiliser des blindages Utilisation de câbles coaxiaux Diminuer l effet antenne des conducteurs en les orientant en fonction des champs incidents. 5. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par effet inductif et comment y Un conducteur électrique parcouru par un courant génère dans son environnement un champ magnétique B dont les lignes de champs sont circulaires. Un circuit proche de ce conducteur est susceptible d être perturbé par ce champ magnétique. Plus l'impédance du circuit victime sera faible, plus il sera sensible à cette perturbation. B B Lignes du champ magnétique crée par la circulation du courant Exemple : la diaphonie inductive. 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. i Limiter les courants qui sont sources de perturbations Eloigner les conducteurs polluants et les conducteurs sensibles, notamment câbler séparément les fils de puissance et les fils de commandes Augmenter l'impédance terminale des liaisons
6. Comment une perturbation électromagnétique apparaît-elle par effet capacitif et comment y Deux conducteurs métalliques séparés par un isolant (vide) et soumis à une différence de potentiel électrique (tension) créent un champ électrique E entre ces deux conducteurs. Entre 2 circuits proches, séparé par un isolant (air), il peut apparaître un champ électrique susceptible de perturber un des 2 circuits. Plus l'impédance du circuit victime sera grande, plus il sera sensible à cette perturbation. Isolant Exemple: Le phénomène de diaphonie capacitive. 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. Fil analogique du circuit puissance 230V E 5V Fil numérique du circuit commande Minimiser les tensions sources des perturbations. Eloigner les fils pollueurs des fils sensibles : éviter les fils parallèles, regrouper séparément les fils numériques et les fils analogiques, Diminuer l'impédance terminale des liaisons.