Merci de ne pas déranger. Comment la CEM améliore la sécurité.

Merci de ne pas déranger

La coexistence sans interférence de plusieurs produits radio et électriques ne va pas de soi. Seules les mesures ciblées dédiées à la compatibilité électromagnétique (CEM) peut garantir que les stimulateurs cardiaques ne soient pas perturbés et que les avions transportant des passagers les amènent à destination en toute sécurité.

Avec une force entièrement électromagnétique

L'incident CEM le plus important connu aurait pu causer un désastre mondial, mais il a eu lieu sans conséquences sérieuses, car les appareils électriques qui auraient pu être affectés n'existaient pas tout simplement. La réponse des systèmes télégraphiques à l'époque étaient, cependant, un avertissement de la puissance des phénomènes électromagnétiques lorsque des densités de champs élevées sont concernées. Des poteaux télégraphiques ont lancé des étincelles, les opérateurs télégraphiques se sont écartés de leurs équipements, des rubans ont pris feu, et d'étranges messages que personne n'avait émis ont été envoyés. Les aurores, normalement uniquement visibles à des latitudes élevées, pouvaient être observés jusqu'à la région équatorienne. Les experts sont convaincus qu'un orage solaire magnétique aujourd'hui aussi puissant qu'en 1859 aurait un impact catastrophique sur notre infrastructure de pointe. Statistiquement, un tel phénomène ne peut survenir approximativement uniquement que tous les 500 ans. Contrairement à la protection contre la nature, la protection des appareils électriques contre les interférences des autres équipements est une pratique commune depuis bien longtemps. A l'instar de notre réseau sans fil omniprésent, celui-ci sera encore plus important à l'avenir.

Début de l'ère de la radio
1920+
Fondation de la CISPR
1934
Premier récepteur R&S
1937

Un problème devenu audible

Avant que la propagation radio ne soit découverte aux alentours de 1900 et rapidement exploitée pour les communications, il n'existait aucun système pouvant rendre perceptible la gamme des faibles fréquences du spectre électromagnétique. Résultat, depuis longtemps, les gens n'avaient aucune idée du nombre d'électrosmog étant générés par les appareils électriques, en particulier les moteurs, et cela n'a dérangé personne pendant des décennies. C'est seulement avec les avancées de la radiodiffusion dans les années 1920 et la "surveillance" continue d'une partie de la bande de fréquences radio (au début seulement une petite partie) que le problème est devenu apparent. Un puissant bruit perturbait la déjà modeste plaisir d'écouter et mettait clairement en évidence un seul spectre électromagnétique pour tout le monde, et que celui-ci devait être manipulé avec soin.

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C'est seulement avec les avancées de la radiodiffusion dans les années 1920 et la "surveillance" continue d'une partie de la bande de fréquences radio que le problème est devenu apparent.

Les ondes électromagnétiques ne respectaient pas les frontières nationales

Il était donc évident et a été prévu de confier la formulation des recommandations techniques de protection à un organisme international. Le "Comité international spécial des perturbations radioélectriques" (International Special Committee on Radio Interference) initié en 1934, communément appelé CISPR et agissant pour le compte de la commission électrotechnique internationale (IEC), est toujours une institution faisant autorité en termes de publication de normes relatives à la compatibilité électromagnétique. D'autres comités et commissions, telles que CENELEC, ETSI, FCC et ANSI, complètent le travail du CISPR et s'assurent que les produits intégrant des composants électriques ne soient pas lancés sans approbation réglementaire. Tous les acteurs du marché et les organismes nationaux désignés délèguent des représentants auprès des comités de ces organismes de service public à but non lucratif, dont les recommandations sont données sous forme de lois par des résolutions statutaires. En tant que fabricant leader en équipements de T&M, Rohde & Schwarz participe également à la normalisation, car même les meilleures règles sont insuffisantes si la conformité ne peut pas être vérifiée par une mesure à un coût raisonnable.

Au sein de l'union européenne, le marquage CE sur un produit indique qu'il est conforme aux exigences de toutes les normes pertinentes, y compris celles de la CEM. Le label de conformité FCC sert à la même chose aux USA. Cependant, une approbation formelle de tous les produits n'est pas pratique à cause du grand nombre de produits et des coûts associés, donc cette responsabilité est supportée par les fabricants. Ils doivent s'assurer que leurs produits soient conformes aux normes. Ceux qui ne respecte pas cela s'exposent à des sanctions, ou au moins à l'interdiction de vendre leur produit. Même des produits à prix élevés sont parfois refoulés par les testeurs. Par exemple, le test de vélos électriques par Stiftung Warentest (une organisation de consommateurs bien connue en Allemagne) il y a quelques années a généré un tollé car il s'est avéré que certains vélos étaient sources d'interférences. Même maintenant, les caractéristiques CEM de nombreux produits laissent parfois à désirer. Une étude menée par l'agence des réseaux fédéraux allemands en 2019 à trouvé que 21,5 % des produits testés ne respectaient pas les réglementations.

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Il existe des normes CEM spécifiques pour chaque groupe de produits, y compris les écrans. L'image illustre un récepteur étant utilisé pour mesurer une perturbation conduite, ce qui signifie des signaux perturbateurs qu'un appareil émet sur les lignes d'alimentation.

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Les mesures CEM sont effectuées dans des chambres blindées électromagnétiquement, ce qui garantit que seules des émissions provenant du dispositif sous test sont mesurées. Elles empêchent également la fuite des émissions interférentes qui sont imposées au dispositif sous test avec des tests d'immunité. Comme avec une chambre anéchoïque, les parois internes, le plancher et le plafond sont recouverts d'un matériel absorbant qui convertit l'énergie électromagnétique en chaleur afin de fournir un environnement électromagnétique "sain".

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Les applications domestiques doivent également être testées. Ici, une machine à laver placée sur un plateau rotatif pour permettre des mesures indépendamment de l'angle.

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Les véhicules, les avions et les hélicoptères sont exposés à des champs denses afin de tester leur immunité face à de tels champs. Pour cela, ils doivent être placés entièrement dans d'énormes chambres de test adaptées.

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Plus les aspects CEM sont pris en compte précocement lors du développement d'un produit, moins il est coûteux de les mettre en œuvre. Des émissions indésirables issues d'un circuit peuvent être détectées et localisées en utilisant des sondes de champs.

D'ennuyeux à dangereux

Le but des normes CEM est de s'assurer qu'un produit qui n'émet pas de signaux perturbants – tels qu'un moteur ou un micro-ondes – réponde à ces exigences, ou qu'un produit approuvé pour la radio ou la diffusion – tel qu'un appareil WLAN – respecte les exigences de la norme appliquée et ne perturbe pas ou n'interrompt pas d'autres services sans fil. De plus, tous les produits doivent être résistant aux interférences électromagnétiques externes dans les limites prescrites. La non validation de la conformité à l'ensemble de ces conditions peut mener au simple désagrément jusqu'à des incidents sérieux.

Par exemple, le crash d'un avion allemand Tornado était clairement le fait de la réponse des systèmes avioniques embarqués à un puissant signal radio provenant d'un émetteur à ondes courtes que l'avion a survolé à basse altitude. Résultat, le fabricant de l'avion a été contraint de réaliser des modifications de conception. Du Japon, la presse a évoqué des robots industriels qui ont commencé à se déplacer en présence de personnes, probablement sous l'influence d'émissions rayonnées au sein de l'usine, qui auraient conduit à plusieurs décès. Les nombreux incidents mineurs comprennent la réception du son d'un bébé qui pleure dans un cockpit d'avion à la suite de baby-phones non homologués, de portes de garage bloquées en raison de radios militaires, ou encore de conducteurs bloqués en dehors de leurs véhicules car leur système de déverrouillage sans clé s'est soudainement arrêté de fonctionner car le signal était perturbé par des interférences électromagnétiques sur la même fréquence.

Les véhicules comme références

Un système de déverrouillage sans clé bloqué est ennuyeux, mais généralement pas dangereux. Toutefois, les voitures modernes sont remplies de composants électriques et électroniques avec de plus en plus de fonctions liées à la sécurité. La compatibilité électromagnétique de tous les systèmes embarqués est essentielle car seuls les véhicules sécurisés peuvent être approuvés. Plusieurs normes CEM spécifiques au secteur automobile, par exemple pour l'immunité aux perturbations couplée au sein du câblage, vise à garantir cela. Des réglementations complémentaires s'appliquent aux appareils radio, qui ont été installés au sein des véhicules de manière exponentielle. Avec la CEM classique, la bonne coexistence d'une large variété de services de radiocommunications est devenue de plus en plus importante, pas uniquement dans les véhicules. Les communications mobiles et les technologies de courtes portées telles que le Wi-Fi et le Bluetooth®, ainsi que les fonctions de GPS, de radio et de contrôle à distance, ainsi que les radars dans le cas des véhicules, sont souvent intégrés dans le même produit et doivent fonctionner ensemble sans causer d'interférences mutuelles. Avec une mauvaise mise en œuvre de la technologie sans fil, des signaux utiles peuvent facilement devenir des signaux interférant. Les fournisseurs et fabricants de voitures prennent ce problème très au sérieux, ne serai-ce que pour des raisons de responsabilité, et utilisent des usines de test sophistiquées.

EMC Story
Les chambres de test CEM sont parmi les usines de test les plus impressionnantes au monde. Les plus grandes peuvent contenir un avion entier.

Des vies et des membres en jeu

Les problèmes CEM ont des conséquences particulièrement sérieuses dans le secteur médical, où des vies et la santé de personnes dépendent du fonctionnement fiable d'équipements ou d'implants. De nombreux cas sont connus dans lesquels des générations précédentes de stimulateurs cardiaques, lorsque la présence de signaux radio n'avaient pas été prise en compte de manière aussi importante, étaient sensibles aux interférences externes et parfois oubliaient un battement. Nintendo, par exemple, a explicitement indiqué dans les instructions de sécurité de sa console de jeu DS, que celle-ci devrait être conservée à au moins 9 pouces des personnes équipées d'un stimulateur cardiaque lorsque la fonction sans fil était active. Il y avait (et il y a toujours) les mêmes recommandations pour les téléphones mobiles. Bien que les implants d'aujourd'hui sont considérés comme résistants à cet égard, en particulier maintenant que les fabricants sont avertis du danger, une attention particulière est nécessaire au cours du développement du produit. il y a une bonne raison pour que l'administration nationale Food and Drug aux USA se réserve le droit d'approbation des appareils médicaux qui disposent également d'interfaces sans fil, pour lesquels la commission fédérale des communications (FCC) est normalement responsable. Les fabricants d'appareils médicaux doivent prouver en détail comment ils comptent contrer les dangers potentiels et quelles méthodes ont été utilisées pour répondre à la compatibilité électromagnétique. S'il n'existe pas encore de normes pour un appareil innovant, le fabricant doit s'assurer de manière proactive que l'appareil en question fonctionne sans interférences dans la zone d'application prévue, et si nécessaire, il doit développer des méthodes de test appropriées. Par exemple, les spécialistes CEM chez Rohde & Schwarz collaborent actuellement avec un laboratoire de test sur une procédure de test dédiée à la prochaine génération de systèmes de surveillance des patients pour un grand fabricant d'équipements médicaux.

Les hôpitaux, et en particulier les postes de soins intensifs, doivent pouvoir s'appuyer sur une immunité aux interférences de la part des équipements utilisés pour surveiller et sauver les patients. Pour des raisons de sécurité, il est encore pratique courante d'interdire les appareils de communications mobiles partout, du moins dans les salles d'opérations. De plus, de plus en plus d'appareils médicaux émettent également des signaux radio car les connexions câblées dédiées aux transmissions de données ont été remplacées par des liaisons sans fil, comme le Bluetooth®. La médecine à distance s'appuie de plus en plus sur des réseaux mobiles 5G à faible latence pour les applications en temps réel. Des solutions de test intégrées, telles que celles développées par Rohde & Schwarz, ne se concentrent pas uniquement sur les capacités CEM et de coexistence des dispositifs sous test, mais dans le même temps à leurs paramètres fonctionnels (performances radio et données). Cela accélère et réduit les coûts de test de technologies de plus en plus complexes.

Protection de notre style de vie numérique

Le nombre de produits radio a explosé depuis la fin du siècle dernier et dépasse grandement le nombre de personnes sur terre. Des services sans fil intelligent et basés sur le cloud font parties de nos vies. Les réseaux sans fil à domicile sont courants, et les véhicules réseautés avec leurs environnements seront une réalité dans un futur proche. Tout ceci nécessite une restriction de l'utilisation des ressources limitées en fréquence. Des normes définissent les limites dans lesquelles la technologie peut fonctionner, mais en démontrant que tout est OK – ou pas – n'est possible qu'avec un équipement spécial de T&M.

Un bon début

En 1937, quatre ans après la création de l'entreprise, Rohde & Schwarz présentait déjà son premier mesureur de densité de champs RF – probablement le tout premier. Celui-ci permettait aux fabricants de mesurer les émissions de leurs appareils dans les bandes de fréquences radio, qui étaient en proie aux interférences, et pour prendre des contre-mesures spécifiques. L'entreprise est restée fidèle à ce groupe de produits et a suivi le progrès technologique à travers les décennies avec un flux continu de nouvelles générations d'appareils. De plus, la gamme d'équipements de T&M CEM a été améliorée en permanence. Aujourd'hui, elle intègre tout ce qui est nécessaire pour l'industrie et les instituts de test pour la mesure de la compatibilité électromagnétique, des antennes aux systèmes de test clé en main. Le boom à venir au sein des services radio rend les équipements de T&M CEM encore plus importants que jamais.