Présentation
RÉSUMÉ
La complexité et le nombre grandissant d'appareils et de systèmes électriques ou électroniques, ont rendu l'étude de compatibilité électromagnétique (CEM) difficile. Deux approches pour cette étude sont généralement adoptées : soit aborder la CEM de manière pratique, en testant l'appareil en expérimentation, soit utiliser des outils de simulation numérique pour réaliser des expérimentations virtuelles sur des systèmes électroniques non accessibles à l'expérimentation concrète. Inconvénient majeur : ces deux méthodes offrent une analyse des résultats à un niveau uniquement intuitif. Cet article présente ainsi une autre démarche, celle basée sur des principes mathématiques formels et rigoureux, qui permet d'analyser correctement un système. Les méthodes sont ainsi efficaces, détaillées et précises, notamment elles indiquent comment diviser la complexité en sous-problèmes moins complexes ou encore comment exploiter l'identification des éléments influents.
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The complexity and increasing number of electrical or electronic devices and systems have made the study of electromagnetic compatibility (EMC) complex. Two approaches for this study are generally adopted: either by approaching the EMC from a practical angle, by testing the device or by using numerical simulation tools in order to carry out virtual tests on electronic systems that are not accessible to concrete testing. The major drawback of these two approaches is that they only provide an intuitive analysis of results. This article thus presents another approach, based on formal and rigorous mathematical principles allowing for the correct analysis of a system. These methods are therefore efficient, detailed and precise; they notably show how complex problems can be divided into less complex subproblems or even how to exploit the identification of influential elements.
Auteur(s)
-
Olivier MAURICE : Senior Scientist au GERAC - Vice-président URSI commission E - Enseignant au CNAM de Versailles-Saclay
INTRODUCTION
Révolution exponentielle des usages et technologies de l'électronique conduit à une multiplication des phénomènes impactant la CEM (compatibilité électromagnétique) qui décourage nombre d'ingénieurs. Ainsi prédire la perturbation d'une fonction numérique sur une carte électronique moderne, comportant 16 couches, 1 000 pistes et 15 circuits, enfermée dans un boîtier métallique résonnant paraît être une tâche insurmontable. On peut citer également la difficulté qu'il peut y avoir à prévoir la perturbation d'une radio embarquée sur un véhicule, même avec la connaissance des caractérisations individuelles des différentes sources de bruits embarquées. Face à de telles complexités, beaucoup préfèrent alors aborder la CEM par la seule pratique et tentent de résoudre des problèmes parfois très complexes directement en expérimentation.
Les outils de simulation numérique sont une autre dimension récente du métier de la CEM. Bien utilisés, c'est-à-dire dans le strict périmètre de leurs capacités, ils permettent d'effectuer des expérimentations virtuelles sur des systèmes électroniques non accessibles à l'expérimentation concrète. Mais, dans les deux cas, l'analyse des résultats en restera à un niveau intuitif si un travail préalable sur la physique du problème n'a pas été effectué.
La démarche actuelle qui accompagne l'évolution vers la complexité des systèmes consiste à analyser un système sous le jour de la topologie. Le recensement des interactions sous forme de branches, de cordes, va permettre une identification des éléments influents et un découpage de la complexité en sous-problèmes moins complexes. C'est sur cette base mathématique formelle et rigoureuse que l'on peut résoudre les problèmes de CEM des systèmes actuels. Car la CEM est un métier qui ne tolère pas les approximations. Par exemple, on entend dire que « connecter une liaison à la masse résout tous les problèmes ». Mais qu'est-ce qu'une masse ? Qu'est-ce qu'un potentiel ? Est-il possible de mesurer un potentiel ou une différence de potentiel ? Le métier de la CEM pousse rapidement l'ingénieur électronicien curieux dans ses derniers retranchements. Et s'il accepte de jouer ce jeu, plutôt que de se laisser aller à quelques intuitions ou approximations grossières, il trouve là matière à progresser constamment dans tous les domaines si passionnants de l'électronique. Tous les auteurs des articles sur la CEM sont là pour en témoigner et nous espérons par leur biais communiquer soit les informations nécessaires à un ingénieur pour avancer dans ses problèmes de CEM, soit la passion de ces mêmes auteurs pour leur métier.
Cette préface vise à introduire l'ensemble des articles qui couvrent la problématique de la compatibilité électromagnétique depuis la phase d'appel d'offres jusqu'à la phase d'industrialisation. Les deux premiers articles portent sur les fondamentaux nécessaires en prérequis pour une bonne lecture des articles suivants.
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1993 par Peter HAWKES
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Développement d'un projet de CEM
Les fondements théoriques présentés, un parcours de l'ensemble des compétences auxquelles le métier de la CEM fait appel au cours du développement d'un projet est réalisé. C'est ainsi que ce cycle (souvent présenté en « V ») a servi de fil conducteur pour les articles qui succèdent aux deux premiers, plus transverses.
Dans un souci pédagogique, nous avons tenté de couvrir au mieux l'ensemble des domaines, avec une précision et des informations qui donneront à l'ingénieur des bases robustes pour répondre à ses problématiques ou lui donner les moyens d'affiner sa compétence.
2.1 Phase d'appel d'offres et début de projet
Le début de projet est abordé avec la définition des besoins et la lecture du cahier des charges. Ensuite vient la bonne compréhension des phases de vie, de l'environnement et des critères de susceptibilité (événements redoutés). La bonne identification des risques encourus dans les engagements de conformité en CEM est une clé pour la réussite du projet.
Le projet remporté, l'organisation du travail avec le découpage des tâches, le partage des informations, en particulier avec le métier de la sûreté de fonctionnement, permet de bien gérer l'ensemble des travaux à effectuer. Ces travaux de définitions et choix conduisent à l'élaboration d'une architecture électrique et électronique à même de répondre aux besoins.
À l'issue de la définition de cette architecture système, on écrit la déclinaison des contraintes vers les équipements, traduite en termes d'exigences de performances CEM des équipements pour des événements redoutés (associés aux fonctions réalisées par des sous-systèmes construits avec ces mêmes équipements).
HAUT DE PAGE2.2 Validations virtuelles
L'architecture retenue, déterminée par des calculs topologiques, peut être partiellement validée avant son existence réelle par l'usage de simulations.
Les outils résolvant les équations de Maxwell ou les équations de Kirchhoff peuvent être hybridés ou utilisés séparément pour confirmer les choix effectués sur certaines configurations particulières. Ces outils ne sont pas simples d'emploi...
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Développement d'un projet de CEM
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DARRIGOL (O.) - Les équations de Maxwell, - Édition Belin, p. 171 (2005).
-
(2) - METZER (G.), VABREN (J.-P.) - Électronique des impulsions, - édition MASSON (1985).
-
(3) - TISSOT (C.) - , Étude de la résonance des systèmes d'antennes, - P. Gauthier-villars, in-8 br., 207 pp. Thèse de Doctorat – Faculté des Sciences – Paris.[C1] (1905).
-
(4) - AMOUDRY (M.) - Le général Ferrié et la naissance des transmissions et de la radiodiffusion, - Presses universitaires de Grenoble, Grenoble, 1993 (ISBN 2-7061-0497-X, 9782706104978).
-
(5) - Electromagnetic Waves in Conducting Tubes, - Phys. Rev. 52, 1078-1078 (nov. 1937).
-
(6) - MAURICE (O.) - La compatibilité électromagnétique des systèmes complexes - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Présentation générale de la compatibilité électromagnétique.
-
La compatibilité électromagnétique dans les circuits intégrés.
ANNEXES
Union Radio Scientifique Internationale, commission E (Environnement électromagnétique et interférences) https://www.ursi-france.org/accueil
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