CEM aéronautique : qualification, certification et sécurité de fonctionnement
Dans l’aéronautique, la maîtrise de l’environnement électromagnétique est essentielle à la qualification des équipements embarqués, à leur intégration et à la sécurité de fonctionnement des aéronefs.
Les essais CEM concernent aussi bien les équipements et sous-ensembles électroniques que les systèmes intégrés et aéronefs complets. Ils permettent de vérifier les émissions électromagnétiques, la susceptibilité aux perturbations conduites et rayonnées, la tenue aux transitoires électriques, aux champs RF de forte intensité et aux effets indirects de la foudre.
Ces essais peuvent nécessiter une couverture fréquentielle très étendue, des niveaux de champ élevés et des moyens spécifiques pour reproduire les environnements électromagnétiques rencontrés en exploitation.
Les référentiels RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14, complétés par les exigences de certification et les spécifications propres aux programmes, constituent des références majeures pour la qualification environnementale des équipements aéronautiques.
HEMERA RF accompagne les fabricants, équipementiers et laboratoires dans la définition et l’intégration de moyens d’essais CEM, RF, hyperfréquences, champs forts et foudre, depuis l’analyse du besoin jusqu’à l’automatisation, la mise en service et le suivi métrologique.
RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14 : les référentiels de qualification des équipements embarqués
Les référentiels RTCA DO-160 et EUROCAE ED-14 définissent des conditions environnementales et des méthodes d’essai permettant de caractériser le comportement des équipements destinés à être installés à bord des aéronefs.
Ils couvrent de nombreuses contraintes environnementales, notamment thermiques, mécaniques, électriques et électromagnétiques.
RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14 : deux références harmonisées
Les référentiels RTCA DO-160 et EUROCAE ED-14 définissent les conditions environnementales et les méthodes d’essai utilisées pour la qualification des équipements destinés à être installés à bord des aéronefs.
Ils sont élaborés respectivement par RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics) aux États-Unis et EUROCAE (European Organisation for Civil Aviation Equipment) en Europe. Les éditions correspondantes sont développées de manière coordonnée afin de maintenir une équivalence technique des exigences et méthodes d’essai. Ainsi, DO-160G et ED-14G sont techniquement équivalentes, même si elles sont publiées par deux organismes distincts.
Dans la pratique, la référence DO-160 est très largement utilisée dans l’industrie aéronautique internationale, tandis que ED-14 constitue son pendant européen. Le référentiel à mentionner dans un programme ou une qualification dépend du cadre contractuel et de certification applicable.
Plusieurs sections concernent directement les activités CEM et RF :
- Section 16 Power Input : caractéristiques et perturbations des alimentations électriques.
- Section 17 Voltage Spike : pics de tension.
- Section 18 Audio Frequency Conducted Susceptibility : susceptibilité conduite aux fréquences audio sur les alimentations.
- Section 19 Induced Signal Susceptibility : susceptibilité aux signaux induits dans les câblages.
- Section 20 Radio Frequency Susceptibility : susceptibilité RF conduite et rayonnée.
- Section 21 Emission of Radio Frequency Energy : émissions électromagnétiques RF.
- Section 22 Lightning Induced Transient Susceptibility : susceptibilité aux transitoires induits par la foudre.
- Section 23 Lightning Direct Effects : effets directs de la foudre.
- Section 25 Electrostatic Discharge : décharges électrostatiques.
Les essais applicables et leurs niveaux dépendent notamment de la catégorie de qualification, de l’emplacement de l’équipement dans l’aéronef et des exigences du programme.
Cette diversité nécessite des moyens d’essais capables de reproduire des phénomènes très différents, depuis les perturbations électriques basse fréquence jusqu’aux champs RF et transitoires de forte amplitude.
Émissions électromagnétiques : Section 21
La section 21 de DO-160 / ED-14 traite des émissions d’énergie radiofréquence générées par les équipements embarqués.
L’objectif est de maîtriser les perturbations susceptibles d’affecter les autres systèmes électroniques de l’aéronef, notamment les équipements de communication, de navigation, de surveillance, les calculateurs et les systèmes de commande.
Les essais portent sur les émissions conduites et rayonnées, selon les méthodes, bandes de fréquences
La sélection des équipements de mesure doit tenir compte des plages de fréquences, limites d’émission, configurations de câblage et méthodes de mesure imposées par le référentiel.
Susceptibilité RF conduite et rayonnée : Section 20
La section 20 de DO-160 / ED-14 permet de vérifier la capacité des équipements à fonctionner lorsqu’ils sont soumis à des perturbations radiofréquences.
Les essais comprennent notamment deux approches complémentaires.
Susceptibilité RF conduite
Les perturbations RF sont injectées sur les câbles et interfaces de l’équipement afin d’évaluer leur influence sur son fonctionnement.
Les moyens d’essai peuvent associer générateurs RF, amplificateurs, pinces d’injection, sondes de courant, dispositifs de couplage et instruments de mesure.
Susceptibilité RF rayonnée
L’équipement est exposé à un champ électromagnétique contrôlé afin de vérifier son comportement dans les conditions définies par sa catégorie de qualification.
Selon les applications, ces essais peuvent nécessiter des champs de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de V/m, sur des bandes de fréquences s’étendant jusqu’au aux GHz.
La réalisation de ces essais impose un dimensionnement adapté des générateurs, amplificateurs RF, antennes, sondes de champ et moyens de régulation.
La couverture d’une large bande de fréquences nécessite fréquemment plusieurs technologies d’amplification et d’antennes complémentaires.
HIRF : champs électromagnétiques de forte intensité
Les aéronefs peuvent être exposés à des HIRF (High-Intensity Radiated Fields), ou champs électromagnétiques rayonnés de forte intensité.
Ces environnements peuvent notamment être associés à la proximité de radars, d’émetteurs de communication ou d’autres installations RF de forte puissance.
Les exigences HIRF visent à garantir que les systèmes électriques et électroniques concernés conservent les performances nécessaires à la sécurité de fonctionnement de l’aéronef.
La problématique dépasse la seule qualification d’un équipement isolé. Elle peut nécessiter une évaluation de l’intégration des équipements, de leurs câblages, des protections et du comportement des systèmes complets.
Les démarches de certification HIRF s’appuient notamment sur des référentiels et guides spécifiques, tels que EUROCAE ED-107B, en complément des essais de qualification des équipements.
Une couverture fréquentielle étendue et des niveaux de champ élevés
Les essais CEM aéronautiques peuvent couvrir des phénomènes allant des basses fréquences jusqu’aux RF et hyperfréquences.
Selon les référentiels et les applications, les moyens de génération ou de mesure peuvent être amenés à fonctionner sur des bandes atteignant plusieurs GHz, voire plusieurs dizaines de GHz pour certaines applications spécifiques.
Les niveaux recherchés peuvent également varier considérablement, depuis des perturbations de faible amplitude jusqu’à des champs de plusieurs dizaines ou centaines de V/m.
Ces valeurs sont des ordres de grandeur informatifs : les fréquences et niveaux réellement applicables dépendent de l’essai, de la catégorie de qualification et des spécifications du programme.
Le dimensionnement de la chaîne RF doit notamment prendre en compte la puissance disponible, les pertes de transmission, le gain des antennes, les distances d’essai, la géométrie de l’installation et les dimensions de l’équipement sous test.
CW, modulation et signaux impulsionnels
Les environnements électromagnétiques aéronautiques peuvent comprendre différents types de signaux : CW (Continuous Wave, onde continue), signaux modulés et signaux impulsionnels.
Les méthodes d’essai applicables déterminent les formes de signal et les modulations à utiliser. Les essais HIRF et certaines applications spécifiques peuvent également nécessiter de reproduire des environnements RF complexes.
Le choix des moyens d’essai doit alors prendre en compte :
- la fréquence et la bande à couvrir
- le niveau de champ recherché
- le type de modulation
- le fonctionnement continu ou impulsionnel
- la puissance moyenne et, lorsque cela est pertinent, la puissance crête
- les performances des amplificateurs et des antennes.
Cette diversité peut conduire à associer plusieurs chaînes RF complémentaires pour couvrir l’ensemble des exigences d’un laboratoire aéronautique.
Foudre indirecte : Section 22
La section 22 de DO-160 / ED-14 traite de la susceptibilité des équipements aux transitoires électriques induits par la foudre.
Lorsqu’un aéronef est exposé à la foudre, les courants et champs électromagnétiques associés peuvent induire des tensions et des courants transitoires sur les câblages et interfaces des équipements électroniques.
Les essais permettent de vérifier leur comportement face à ces sollicitations, selon les formes d’onde, niveaux et catégories de qualification applicables.
Ils nécessitent des générateurs de transitoires spécifiques, des dispositifs d’injection et de couplage ainsi que des instruments capables de mesurer des phénomènes rapides et de forte amplitude.
Pin Injection
Les essais de Pin Injection consistent à appliquer les transitoires prescrits aux interfaces appropriées de l’équipement.
Ils permettent d’évaluer sa tenue aux sollicitations électriques définies par le référentiel.
Cable Bundle Tests
Les Cable Bundle Tests reproduisent les transitoires induits sur les faisceaux de câbles.
Ils nécessitent des dispositifs de couplage adaptés, associés à des générateurs et moyens de mesure spécifiques.
Multiple Stroke et Multiple Burst
Selon la catégorie applicable, les essais peuvent également comprendre des séquences de sollicitations de type Multiple Stroke et Multiple Burst.
Ces essais permettent de vérifier le comportement des équipements face à des successions de transitoires, et non uniquement à une impulsion isolée.
La foudre indirecte constitue ainsi une spécialité technique distincte des essais RF entretenus, nécessitant des moyens de génération, d’injection et de mesure dédiés.
Effets directs de la foudre : Section 23
La section 23 concerne les effets directs de la foudre sur les équipements et éléments concernés par une exposition directe.
Elle doit être distinguée de la Section 22, qui traite des transitoires induits sur les équipements et leurs interfaces.
Au niveau de l’aéronef, les problématiques de protection contre la foudre nécessitent également de considérer les structures, les zones d’impact possibles, les cheminements de courant et les dispositifs de protection.
Les essais et démonstrations applicables dépendent alors du niveau considéré et des exigences de certification.
De l’équipement à l’aéronef complet
La qualification d’un équipement selon DO-160 / ED-14 ne suffit pas, à elle seule, à démontrer la conformité électromagnétique d’un aéronef complet.
L’intégration dans l’aéronef introduit des paramètres supplémentaires :
- emplacement des équipements
- architecture électrique
- cheminement des câbles
- blindages et mises à la masse
- interfaces entre systèmes
- proximité des émetteurs et récepteurs RF
- protection contre la foudre
- exposition aux environnements HIRF
- criticité des fonctions assurées.
Les essais et démonstrations de conformité peuvent donc intervenir à plusieurs niveaux : équipement, sous-système, système intégré et aéronef complet.
Les exigences de certification sont définies en fonction du type d’aéronef, des fonctions concernées et des règles applicables.
En Europe, ces démarches relèvent notamment du cadre de l’EASA (European Union Aviation Safety Agency — Agence de l’Union européenne pour la sécurité aérienne).
Aux États-Unis, elles relèvent notamment de la FAA (Federal Aviation Administration — Administration fédérale américaine de l’aviation).
Ces autorités publient des exigences et documents d’orientation qui peuvent s’appuyer sur les référentiels techniques DO-160 / ED-14 et sur d’autres moyens de démonstration de conformité.
Des EUT complexes à piloter et monitorer pendant les essais
Un essai de susceptibilité aéronautique ne consiste pas uniquement à appliquer un champ électromagnétique ou un transitoire électrique.
Il faut également vérifier le comportement fonctionnel de l’équipement pendant et après l’exposition, conformément aux critères de performance applicables.
Les EUT (Equipment Under Test, équipements sous test) peuvent être des calculateurs, équipements avioniques, systèmes de communication, dispositifs de commande, baies électroniques ou sous-systèmes complets.
Leur qualification peut nécessiter de :
- piloter différents modes de fonctionnement
- surveiller les alimentations et interfaces
- monitorer les paramètres fonctionnels critiques
- contrôler les communications
- détecter les défauts et pertes de fonctions
- enregistrer les événements
- synchroniser les acquisitions avec les séquences d’essai
- corréler les anomalies avec la fréquence, le niveau de champ ou le transitoire appliqué.
Pour les EUT de grandes dimensions ou les systèmes intégrés, la conception du moyen d’essai doit également tenir compte des dimensions, câblages, interfaces et conditions de fonctionnement du matériel.
L’automatisation permet de coordonner la chaîne de génération, les instruments de mesure et le monitoring fonctionnel afin d’améliorer la répétabilité, la traçabilité et l’exploitation des résultats.
De la norme au moyen d’essai aéronautique
La conception d’un moyen d’essai commence par l’identification des sections normatives, catégories de qualification, plages de fréquences, niveaux et formes d’onde à couvrir.
Selon le projet, HEMERA RF peut dimensionner et intégrer :
- générateurs RF et hyperfréquences
- amplificateurs RF de puissance
- antennes et sondes de champ
- récepteurs EMI
- LISN/RSIL
- pinces d’injection et sondes de courant
- générateurs de transitoires
- générateurs de foudre indirecte
- dispositifs Pin Injection et Cable Bundle
- chambres blindées et anéchoïques
- moyens de positionnement
- instruments de mesure
- systèmes de pilotage et de monitoring de l’EUT
- logiciels d’automatisation.
La diversité des essais impose fréquemment d’associer plusieurs technologies et plusieurs fabricants spécialisés.
L’objectif est de construire une chaîne d’essai cohérente avec les exigences du laboratoire, plutôt que de sélectionner indépendamment chaque instrument.
L’approche HEMERA RF pour les projets aéronautiques
HEMERA RF intervient comme maître d’œuvre et intégrateur multimarque pour la conception et la réalisation de moyens d’essais CEM et RF destinés aux applications aéronautiques.
Son intervention peut couvrir l’ensemble du projet : analyse du besoin, identification des exigences normatives, dimensionnement des chaînes RF et transitoires, gestion de projets clé en main, sourcing de fabricants spécialisés et de solutions innovantes, intégration matérielle et logicielle, automatisation, mise en service et suivi métrologique.
Cette indépendance vis-à-vis d’un constructeur unique permet de sélectionner les technologies les plus pertinentes pour chaque fonction : génération RF, amplification, antennes, injection, foudre indirecte, mesure, blindage, automatisation et monitoring fonctionnel.
La réactivité et l’accompagnement technique d’HEMERA RF permettent également d’adapter les solutions aux contraintes particulières de chaque programme et aux évolutions des besoins des laboratoires.
Une expérience auprès des grands acteurs français de l’aéronautique
HEMERA RF dispose de références auprès de fabricants et d’équipementiers français parmi les plus réputés du secteur aéronautique, ainsi qu’auprès de laboratoires d’essais spécialisés.
Cette expérience permet à HEMERA RF d’appréhender les contraintes techniques et normatives propres aux applications aéronautiques et d’accompagner ses clients depuis l’analyse des exigences RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14 jusqu’à la réalisation de moyens d’essais clé en main, performants, automatisés et évolutifs.
L’approche multimarque d’HEMERA RF associe ainsi expertise technique, capacité de sourcing, gestion de projet, réactivité et recherche de la satisfaction client.
Questions fréquentes
Questions fréquentes
Aéronautique
Quelles normes CEM s’appliquent à l’aéronautique et à la défense ?
Dans l’aéronautique et la défense, on retrouve notamment :
• RTCA DO-160 pour les équipements aéronautiques ;
• son référentiel européen associé EUROCAE ED-14 ;
• différents référentiels MIL-STD pour les applications militaires ;
• des spécifications particulières propres aux programmes et plateformes.
Les exigences précises doivent être identifiées avant de dimensionner les moyens d’essai.
Qu’est-ce qu’un essai de foudre indirecte ?
Il permet de reproduire :
• les tensions transitoires ;
• les courants transitoires ;
• les perturbations susceptibles d’être induites dans les câblages et équipements électroniques lors d’un événement foudre.
Il concerne les effets électriques et électromagnétiques induits, et non l’impact physique direct de la foudre sur la structure.
Quelle différence entre les effets directs et les effets indirects de la foudre ?
• Effets directs : conséquences physiques du courant de foudre sur la structure.
• Effets indirects : tensions et courants transitoires induits dans les câblages, interfaces et équipements électriques ou électroniques.
Quelles normes encadrent les essais de foudre indirecte dans l’aéronautique ?
On retrouve notamment :
• RTCA DO-160 Section 22 ;
• EUROCAE ED-14 Section 22 ;
• d’autres référentiels ou spécifications selon les programmes concernés.
Qu’est-ce que la Section 22 de RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14 ?
Elle traite notamment :
• de la susceptibilité des équipements aux transitoires induits par la foudre ;
• des formes d’onde applicables ;
• des niveaux d’essai ;
• des méthodes d’injection ;
• des catégories de qualification correspondantes.
Quelle différence entre les essais Pin Injection et Cable Bundle ?
Pin Injection :
• injection directe du transitoire ;
• application sur des broches ou interfaces.
Cable Bundle :
• application de la perturbation au faisceau ;
• reproduction du couplage sur les câbles de l’installation.
Les générateurs et dispositifs d’injection peuvent donc être différents.
Quelles formes d’ondes sont utilisées pour les essais de foudre indirecte ?
Le référentiel prévoit différentes formes d’onde selon :
• le mécanisme de couplage ;
• la méthode ;
• la catégorie de qualification ;
• le niveau d’essai ;
• l’interface concernée.
Il faut donc identifier les formes d’onde à couvrir avant de choisir le générateur.
Quels équipements sont nécessaires pour réaliser des essais selon RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14 Section 22 ?
Selon la méthode :
• générateurs de transitoires ;
• réseaux d’injection ;
• transformateurs ou coupleurs ;
• dispositifs de calibration ;
• sondes de courant ;
• sondes de tension ;
• instrumentation d’acquisition ;
• accessoires et charges adaptés.
Comment choisir les niveaux d’essai et formes d’ondes selon RTCA DO-160 / EUROCAE ED-14 Section 22 ?
Ils dépendent notamment :
• de la catégorie de qualification ;
• de l’équipement ;
• de son installation ;
• des interfaces ;
• des exigences du programme.
Le choix ne doit donc pas être déterminé par les seules capacités du générateur disponible.
Comment mesurer et contrôler le courant ou la tension injectés pendant l’essai ?
La chaîne de mesure peut comprendre :
• sonde de courant ;
• sonde de tension ;
• atténuation adaptée ;
• câblage approprié ;
• oscilloscope ou acquisition rapide.
Il faut vérifier la bande passante et la dynamique de toute la chaîne afin de reproduire correctement le transitoire mesuré.
Comment dimensionner un banc d’essai foudre pour des équipements aéronautiques ?
Il faut déterminer :
• référentiel ;
• catégorie ;
• formes d’onde ;
• niveaux ;
• méthodes Pin Injection/Cable Bundle ;
• caractéristiques des faisceaux ;
• équipements à tester ;
• besoins de mesure et calibration.
Que sont les essais CS114, CS115 et CS116 ?
Ces méthodes correspondent à différentes formes de susceptibilité conduite dans le domaine militaire.
Elles diffèrent notamment par :
• le type de signal ;
• la plage de fréquences ;
• le mode de couplage ;
• les niveaux ;
• les équipements nécessaires.