Une interference electromagnetique ( IEM ou EMI ), egalement appelee interference radioelectrique (RFI) lorsqu'elles se trouve dans le spectre des radiofrequences , est une perturbation (generee par une source externe) qui affecte un circuit electrique par induction electromagnetique , couplage electrostatique ou conduction ^{[ 1 ]} . La perturbation peut degrader les performances du circuit ou meme l'empecher de fonctionner. Dans le cas d'un chemin de donnees, ces effets peuvent aller d'une augmentation du taux d'erreur a une perte totale des donnees ^{[ 2 ]} . Les sources artificielles et naturelles generent des courants et des tensions electriques changeants qui peuvent provoquer des EMI : systemes d'allumage , reseau cellulaire de telephones mobiles, eclairs , eruptions solaires et aurore polaires (boreales ou australes). Les EMI affectent frequemment les radios AM . Elles peuvent egalement affecter les telephones portables , les radios FM et les televiseurs , ainsi que les observations pour la radioastronomie et les sciences de l'atmosphere .

Les EMI peuvent etre utilisees intentionnellement pour le brouillage radio , comme dans la guerre electronique .

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Echantillon sonore EMI 1
Un signal de telephone mobile GSM interferant avec un systeme de haut-parleurs.
Des difficultes a utiliser ces medias ?
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La compatibilite electromagnetique (CEM) consiste a adapter les appareils afin d'eviter les EMI.

Fichier audio
Echantillon sonore EMI 2
Un signal Wi-Fi interferant avec un systeme de haut-parleurs.
Des difficultes a utiliser ces medias ?
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Histoire [ modifier | modifier le code ]

Depuis les premiers jours des communications radio, les effets negatifs des interferences provenant des transmissions intentionnelles et non intentionnelles se sont fait sentir et la necessite de gerer le spectre des frequences radio est devenue evidente.

En 1933, une reunion de la Commission electrotechnique internationale (CEI) a Paris a recommande la creation du Comite international special des perturbations radioelectriques ( CISPR ) pour faire face au probleme emergent des EMI. Le CISPR a ensuite produit des publications couvrant les techniques de mesure et d'essai et les limites d'emission et d'immunite recommandees. Celles-ci ont evolue au fil des decennies et constituent aujourd'hui la base de la plupart des reglementations de CEM mondiales.

Au debut des annees 1980 aux Etats-Unis , en reponse au nombre croissant de systemes numeriques qui interferaient avec les communications filaires et radio, des limites legales ont ete imposees aux emissions electromagnetiques de tous les equipements numeriques par la Federal Communications Commission (FCC) ^{[ 3 ]} . Les methodes d'essai et les limites etaient basees sur les publications du CISPR, bien que des limites similaires soient deja appliquees dans certaines parties de l'Europe.

Au cours des annees 1980, les Etats membres de l'Union europeenne ont adopte un certain nombre de directives "nouvelle approche" dans le but de normaliser les exigences techniques des produits afin qu'ils ne deviennent pas un obstacle au commerce au sein de la CE. L'une d'elles etait la directive CEM (89/336/EEC) ^{[ 4 ]} et elle s'appliquait a tous les equipements mis sur le marche ou mis en service. Son champ d'application couvre tous les appareils ≪ susceptibles de provoquer des perturbations electromagnetiques ou dont les performances sont susceptibles d'etre affectees par de telles perturbations ≫.

C'est donc de cette epoque que datent les premieres exigences legales sur l'immunite, ainsi que sur les emissions, des appareils destines a la population generale. Et ce aussi bien en Amerique qu'en Europe.

Bien entendu ces directives ont ete depuis refondues et remaniees plusieurs fois. La derniere en date pour l'Europe est la Directive CEM d'avril 2014. Elle est suivie la meme annee par la directive RED relative a la mise sur le marche de certains equipements radioelectriques ^{[ 5 ]}

Plusieurs autres pays ont aussi des exigences similaires pour que les produits respectent un certain niveau de reglementation sur la compatibilite electromagnetique (CEM). Par exemple : la Grande-Bretagne ^{[ 6 ]} , la Chine ^{[ 7 ]} .

Bien que ces directives puissent entrainer des couts supplementaires pour donner un niveau d'immunite suffisant aux differents produits concernes, cela augmente leur qualite percue car ils sont capables de coexister avec des appareils dans l'environnement electromagnetique actif des temps modernes et ce avec moins de problemes.

Types d'interferences electromagnetiques [ modifier | modifier le code ]

On peut distinguer trois types d'EMI :

• les interferences par conduction
• les interferences par induction
• les interferences par rayonnement (ou interferences radio)

Mais certains auteurs ne font pas de difference entre les deux dernieres

Interferences par conduction [ modifier | modifier le code ]

Les EMI par conduction sont causees par le contact physique des conducteurs.

Ce sont en general des EMI en basse frequence.

Un cas particulier est celui des EMI a travers le fil de terre. Elles sont courantes dans une installation electrique.

Interferences par induction [ modifier | modifier le code ]

Les EMI par induction sont causees par un rapprochement des conducteurs (sans contact physique), l'un des conducteurs provoquant un champ magnetique susceptible de perturber un signal dans l'autre conducteur.

Ce sont aussi en general des EMI en basses frequences.

Interferences radio [ modifier | modifier le code ]

Une interference au sens d' interference en radiocommunication , encore appelee interference radio ( RFI ) est – conformement a l'article 1.166 du Reglement des radiocommunications (RR) de l' Union internationale des telecommunications (UIT) ^{[ 8 ]}  – defini comme : ≪ l'effet, sur la reception dans un systeme de radiocommunication , d'une energie non desiree due a une emission   , a un rayonnement , a une induction ou a une combinaison des trois, se manifestant par une degradation de la qualite de transmission, une deformation ou une perte de l'information que l'on aurait pu extraire en l'absence d'une telle energie non desiree ≫.

Il s'agit egalement d'une definition utilisee par l' administration des frequences pour fournir les assignations de frequence et l'assignation des canaux de frequence aux stations ou systemes radio, ainsi que pour analyser la compatibilite electromagnetique entre les differents services de radiocommunication.

Une RFI est encore appelee brouillage (surtout dans le cas ou elle est intentionnelle) ou encore parasites radioelectriques (surtout dans le cas d'une origine atmospherique telle que la foudre et les aurores polaires ).

En general les RFI sont des EMI hautes frequences. Elles sont dues a une propagation d'ondes electromagnetiques entre conducteurs eloignes.

Les interferences radio peuvent etre classees comme suit :

• EMI ou RFI a bande etroite , lesquelles emanent generalement des transmissions prevues telles que les stations de radio et de television ou les telephones mobiles
• EMI ou RFI a large bande , qui sont des rayonnements non intentionnels provenant de sources telles que des lignes de transmission d'energie electrique , des moteurs electriques ou des orages ^{[ 9 ] , [ 10 ] , [ 11 ]} .

Toujours conformement a l'UIT RR ^{[ 8 ]} (articles suivants), les variations d'interferences sont classees comme suit :

• interference admissible (RR 1.167)
• interference acceptee (RR 1.168)
• interference prejudiciable (RR 1.169)

Susceptibilites des differentes technologies radio [ modifier | modifier le code ]

Les interferences ont tendance a etre plus genantes avec les technologies radio plus anciennes telles que la modulation d'amplitude analogique et les antennes omnidirectionnelles utilisees dans les systemes de radiodiffusion. En effet ces technologies n'ont aucun moyen de distinguer les signaux indesirables du signal prevu.

Dans le cas de la modulation de frequence ou de la modulation de phase , la sensibilite aux RFI est beaucoup plus faible, car des filtres permettent d'eliminer ces perturbations des qu'elles sont d'un niveau inferieur a celui du signal utile ^{[ 12 ]} .

Dans les systemes radio numeriques, tels que le Wi-Fi , le Bluetooth ainsi bien sur que le DAB , des techniques de correction d'erreurs peuvent etre utilisees ^{[ 13 ] , [ 14 ]} . Les techniques d' etalement du spectre et de saut de frequence peuvent aussi etre utilisees avec la signalisation analogique et numerique pour ameliorer la resistance aux interferences ^{[ 15 ]} . Un recepteur hautement directionnel , tel qu'une antenne parabolique ou un recepteur en diversite d'antenne   (en) , peuvent etre utilises pour selectionner un signal a l'exclusion des autres ^{[ 16 ] , [ 17 ]} .

L'exemple le plus extreme de signalisation numerique a spectre etale a ce jour est l'ultra large bande ( ULB ), qui propose l'utilisation de grandes sections du spectre radio a de faibles amplitudes pour transmettre des donnees numeriques a large bande passante. L'ULB, s'il etait utilise exclusivement, permettrait une utilisation tres efficace du spectre, mais les utilisateurs de la technologie non ULB ne sont pas encore prets a partager le spectre avec le nouveau systeme en raison des interferences qu'il causerait a leurs recepteurs ^{[ 18 ]} (les implications reglementaires de l'ULB sont discutes dans l'article sur l' ultra large bande ).

Interference avec les appareils grand public [ modifier | modifier le code ]

Les sources potentielles de RFI et d'EMI comprennent ^{[ 19 ]} : divers types d' emetteurs , transformateurs de sonnette, grille-pain , couvertures ou coussins chauffants , dispositifs a ultrasons contre les rongeurs, zappeurs d'insectes electriques, et lampes a commande tactile. Plusieurs ecrans d'ordinateur ou televiseurs a tube cathodique trop pres les uns des autres peuvent parfois provoquer un effet de " scintillement " les uns avec les autres, en raison de la nature electromagnetique de leurs tubes cathodiques, en particulier lorsque l'une de leurs bobines de demagnetisation est activee.

Des interferences electromagnetiques a 2,4  GHz peuvent etre causees par et entre les appareils Wi-Fi aux normes 802.11b , 802.11g et 802.11n , les appareils Bluetooth , les moniteurs pour bebe et les telephones sans fil , les emetteurs video et les fours a micro-ondes .

Les charges de commutation ( inductives , capacitives et resistives), telles que les moteurs electriques, les transformateurs, les radiateurs, les lampes, les ballasts, les alimentations, etc., provoquent toutes des interferences electromagnetiques, en particulier a des courants superieurs a 2 A. La methode souvent utilisee pour amortir (voire supprimer) les EMI consiste a connecter une resistance en serie avec un condensateur . Bien que cela puisse offrir une reduction modeste des EMI a des courants tres faibles, de tels amortisseurs ne fonctionnent pas a des courants superieurs a 2 A avec contacts electromecaniques ^{[ 20 ] , [ 21 ]} .

Une autre methode pour supprimer les EMI consiste a utiliser des suppresseurs de bruit a noyau de ferrite (ou perles de ferrite), qui sont peu couteux et qui se clipsent sur le cable d'alimentation de l'appareil incrimine ou de l'appareil compromis.

Les alimentations a decoupage peuvent etre une source d'EMI, mais sont devenues moins problematiques a mesure que les techniques de conception se sont ameliorees, telles que la correction integree du facteur de puissance .

La plupart des pays ont des exigences legales qui imposent la compatibilite electromagnetique  : le materiel electronique et electrique doit toujours fonctionner correctement lorsqu'il est soumis a certaines quantites d'EMI et ne doit pas emettre d'EMI, ce qui pourrait interferer avec d'autres equipements (tels que les radios).

La qualite du signal radiofrequence a diminue d'environ un decibel par an tout au long du XXI ^e  siecle a mesure que le spectre devient de plus en plus encombre. Cela a inflige une course sans fin a l'industrie de la telephonie mobile, car les entreprises ont ete obligees de mettre en place plus de tours cellulaires (a de nouvelles frequences) qui causent ensuite plus d'interferences, necessitant ainsi plus d'investissements de la part des fournisseurs et de frequentes mises a niveau des telephones mobiles pour correspondre ^{[ 22 ]} .

Normes [ modifier | modifier le code ]

Le Comite International Special des Perturbations Radioelectriques ou CISPR , qui est un comite de la Commission Electrotechnique Internationale (CEI), etablit des normes internationales pour les interferences electromagnetiques rayonnees et conduites. Il s'agit de normes civiles pour les secteurs domestique, commercial, industriel et automobile. Ces normes constituent la base d'autres normes nationales ou regionales, notamment les Normes Europeennes (EN) redigees par le CENELEC (Comite Europeen de Normalisation Electrotechnique). Les organisations americaines comprennent l'Institute of Electrical and Electronics Engineers ( IEEE ), l'American National Standards Institute ( ANSI ) et l'US Military ( MILSTD ).

Les circuits integres sont souvent une source d'EMI, mais ils doivent generalement coupler leur energie a des objets plus grands tels que des dissipateurs thermiques, des cartes de circuits imprimes et des cables pour rayonner de maniere significative ^{[ 23 ]} .

Sur les circuits integres , les moyens importants de reduction des EMI sont : l'utilisation de condensateurs de derivation ou de decouplage sur chaque appareil actif (connectes aux bornes de l'alimentation, le plus pres possible de l'appareil), le controle du temps de montee des signaux carres rapides a l'aide de resistances en serie ^{[ 24 ]} , et filtrage des broches d'alimentation ^{[ 25 ]} . Le blindage est generalement un dernier recours apres l'echec d'autres techniques, en raison du cout supplementaire des composants de blindage tels que les joints conducteurs.

L'efficacite du rayonnement depend de la hauteur au-dessus du plan de masse ou du plan de puissance (en RF , l'un est aussi bon que l'autre) et de la longueur du conducteur par rapport a la longueur d'onde de la composante du signal ( frequence fondamentale , harmonique ou transitoire). En HF (de 3 a 30  MHz ) ou a la rigueur en VHF (de 30 a 300 MHz ) ^{[ 26 ]} , le rayonnement se fait presque exclusivement via des cables d'E/S ; Le bruit RF atteint les plans d'alimentation et est couple aux pilotes de ligne via les broches VCC et GND.

A des frequences plus elevees, generalement au-dessus de 300  MHz (c'est-a-dire en UHF , SHF , EHF , etc.) ^{[ 26 ]} , les traces deviennent electriquement plus longues et plus hautes au-dessus du plan. Deux techniques sont utilisees a ces frequences : la mise en forme des ondes avec des resistances en serie et l'encastrement des traces entre les deux plans. Si toutes ces mesures laissent encore trop d'EMI, un blindage tel que des joints RF et du cuivre ou du ruban conducteur peut etre utilise. La plupart des equipements numeriques sont concus avec des boitiers en metal ou en plastique a revetement conducteur ^{[ 27 ] , [ 28 ]} .

Tout semi-conducteur non blinde (par exemple un circuit integre) aura tendance a agir comme un detecteur pour les signaux radio que l'on trouve couramment dans l'environnement domestique (par exemple les telephones portables) ^{[ 29 ]} . Un tel detecteur peut demoduler la porteuse de telephonie mobile a haute frequence (par exemple, GSM850 et GSM1900, GSM900 et GSM1800) et produire ainsi des signaux en BF (basse frequence). Cette demodulation se manifeste par un bourdonnement audible indesirable dans les appareils audio tels qu'un amplificateur   de microphone , un amplificateur de haut-parleur , une autoradio, les telephones, etc. L'ajout de filtres EMI integres ou de techniques de disposition speciales peut aider a contourner les EMI ou a ameliorer l'immunite RF. Certains circuits integres sont concus (par exemple, LMV831-LMV834, MAX9724 ^{[ 30 ]} ) pour avoir des filtres RF integres ou une conception speciale qui aide a reduire toute demodulation de la porteuse haute frequence.

Les concepteurs doivent souvent effectuer des tests speciaux pour l'immunite RF des pieces a utiliser dans un systeme. Ces tests sont souvent effectues dans une chambre anechoique avec un environnement RF controle ou les vecteurs de test produisent un champ RF similaire a celui produit dans un environnement reel ^{[ 31 ]} .

RFI en radioastronomie [ modifier | modifier le code ]

Les interferences en radioastronomie ^{[ 32 ]} sont toutes les sources radio (autre que les sources celestes elles-memes) qui se trouvent dans la bande de frequence observee . Etant donne que les emetteurs sur et autour de la Terre peuvent etre plusieurs fois plus puissants que le signal astronomique d'interet, la RFI est une preoccupation majeure pour la radioastronomie ^{[ 33 ] , [ 34 ]} . Les sources naturelles d'interferences, telles que la foudre, le soleil et les aurores polaires sont egalement a considerer ^{[ 35 ]} .

Certaines des bandes de frequences qui sont tres importantes pour la radioastronomie, comme la raie hydrogene de 21  cm a 1 420  MHz , sont proteges par la reglementation ^{[ 32 ]} . Cependant, les observatoires radio-astronomiques modernes tels que VLA , LOFAR et ALMA ont une tres large bande passante sur laquelle ils peuvent observer ^{[ 32 ]} . En raison de l'espace spectral limite aux frequences radio, ces bandes de frequences ne peuvent pas etre entierement attribuees a la radioastronomie ; par exemple, les images decalees vers le rouge de la raie de 21  cm de l'epoque de reionisation peuvent se chevaucher avec la bande FM (88?108  MHz ), et donc les radiotelescopes doivent gerer les RFI dans cette bande passante ^{[ 34 ]} .

Les techniques pour traiter les RFI vont des filtres materiels aux algorithmes avances dans les logiciels. Une facon de traiter les emetteurs puissants consiste a filtrer completement la frequence de la source. C'est par exemple le cas de l'observatoire LOFAR qui filtre les radios FM entre 90 et 110  MHz . Il est important d'eliminer ces fortes sources d'interference des que possible, car elles pourraient "saturer" les recepteurs tres sensibles ( amplificateurs et convertisseurs analogique-numerique ), ce qui signifie que le signal recu est plus fort que le recepteur ne peut le gerer. Cependant, filtrer une bande de frequences implique que ces frequences ne peuvent jamais etre observees avec l'instrument ^{[ 32 ]} .

Une technique courante pour traiter les RFI dans la bande passante de frequence observee consiste a utiliser la detection RFI dans le logiciel. Un tel logiciel peut trouver des echantillons dans le temps, la frequence ou l'espace temps-frequence qui sont contamines par une source interferente. Ces echantillons sont ensuite ignores dans une analyse plus approfondie des donnees observees. Ce processus est souvent appele signalement des donnees . Etant donne que la plupart des emetteurs ont une petite bande passante et ne sont pas presents en permanence, comme la foudre ou les emetteurs/recepteurs de la Citizen-band (CB) (tels que les talkie-walkie ), la plupart des donnees restent disponibles pour l'analyse astronomique. Cependant, le signalement des donnees ne peut pas resoudre les problemes avec les emetteurs continus a large bande, tels que les eoliennes, les emetteurs video numeriques ou audio numeriques . ^{[ref. necessaire]}

Une autre facon de gerer les RFI consiste a etablir une zone de silence radio (RQZ = Radio_quiet_zone   (en) ). Une telle zone, entourant un observatoire de radioastronomie, est une zone bien definie et qui a des reglementations speciales pour reduire les RFI. Les reglementations peuvent inclure une gestion speciale du spectre et du flux de puissance ou des limitations de puissance surfacique. Les commandes a l'interieur de la zone peuvent couvrir des elements autres que les emetteurs radio ou les appareils radio. Il s'agit notamment des commandes d'aeronefs et du controle des radiateurs non intentionnels tels que les appareils industriels, scientifiques et medicaux, les vehicules et les lignes electriques. Le premier RQZ pour la radioastronomie est la United States National Radio Quiet Zone (NRQZ), etablie en 1958 ^{[ 36 ]} .

RFI sur la surveillance environnementale [ modifier | modifier le code ]

Avant l'introduction du Wi-Fi, l'une des plus grandes applications la bande des 5  GHz correspond au radar meteorologique Doppler terminal ^{[ 37 ] , [ 38 ]} . La decision d'utiliser la bande des 5  GHz pour le Wi-Fi a ete finalise lors de la Conference mondiale des radiocommunications en 2003; cependant, la communaute meteorologique n'a pas ete impliquee dans le processus ^{[ 39 ] , [ 40 ]} . La mise en œuvre laxiste et la mauvaise configuration du DFS qui ont suivi ont provoque des perturbations importantes dans les operations de radar meteorologique dans un certain nombre de pays a travers le monde. En Hongrie, le systeme de radar meteorologique a ete declare non operationnel pendant plus d'un mois. En raison de la gravite des interferences, les services meteorologiques sud-africains ont fini par abandonner le fonctionnement en bande C , basculant leur reseau radar sur la bande S ^{[ 38 ] , [ 41 ]} .

Les transmissions sur des bandes adjacentes a celles utilisees par la teledetection passive, comme les satellites meteorologiques , ont provoque des interferences, parfois importantes ^{[ 42 ]} . On craint que l'adoption d'une 5G insuffisamment reglementee ne produise des problemes d'interference majeurs. Une interference importante peut alterer considerablement les performances des previsions meteorologiques numeriques et entrainer des impacts economiques et de securite publique considerablement negatifs ^{[ 43 ]} . Une illustration de ce qui precede s'est passe aux US en 2019 et a oppose la FCC et les scientifiques. Cela a ete rapporte a l'epoque par The Washington Post ^{[ 44 ] , [ 45 ]} .

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Rayonnement electromagnetique
• Blindage electromagnetique
• Brouillage radio
• Cage de Faraday
• Interference (communication)
• Integrite de l'alimentation
• Recepteur de radio
• L'integrite du signal
• Bruit des signaux
• Paire torsadee

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

• Notices d'autorite  :

  • BnF ( donnees )
  • LCCN
  • GND
  • Japon
  • Israel
• ARRL, RFI
• Manuel d'interference
• Fondamentaux de la conception CEM
• Page EMC de Clemson (outils et informations EMI)
• Tutoriels CEM

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