Cage de Faraday

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Cage de Faraday.

Une cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances électriques et subsidiairement électromagnétiques extérieures ou inversement empêcher un appareillage de polluer son environnement.

Une cage de Faraday est souvent utilisée lorsque l'on désire effectuer des mesures précises en électronique, en électricité ou sur les ondes électromagnétiques.

Principe[modifier | modifier le code]

Telle qu'elle a été étudiée par Michael Faraday lors de ses travaux sur les conducteurs, la cage de Faraday (c’est-à-dire une enceinte en aluminium conductrice qui est reliée à la terre de façon à maintenir son potentiel fixe) est étanche aux champs électriques (créés par la simple présence d'une différence de potentiel, sans qu'un courant soit nécessaire), et ce que la source perturbatrice soit à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enceinte.

Cette structure peut également avoir un effet indirect de protection contre les perturbations d'origine électromagnétique (dues à un courant). On parle alors plutôt de blindage électromagnétique. Pour cet usage, il n'est plus nécessaire que la structure soit reliée à la terre mais l'efficacité est fortement influencée par la fréquence de la perturbation, la conductivité et la perméabilité magnétique du matériau.

Constitution[modifier | modifier le code]

L'expérience de la cage de Faraday au Palais de la découverte à Paris. La personne dans la cage ne ressent pas l'arc électrique : elle y est protégée.

L’enceinte métallique doit en principe être fermée de chaque côté. Mais elle peut aussi être constituée de grillage ajouré. Un grillage avec une maille de quelques centimètres agit comme un miroir sur une onde décimétrique, comme cela est utilisé dans les miroirs primaires des radiotélescopes (Effelsberg, Nançay). Plus la fréquence de l'onde est élevée (donc plus sa longueur d'onde est courte), plus la maille doit être petite.

Constitution de cage industrielle[modifier | modifier le code]

Les performances et le coût d'une cage tiennent pour l'essentiel dans ses accessoires : portes, fenêtres, passages pour la ventilation (nids d'abeille), et les fluides (coupe ondes). Les conducteurs pénétrant et sortant de la cage doivent être munis de filtres radioélectriques sinon, les conducteurs se comportent comme des antennes et diminuent très fortement les performances globales de la cage. Il existe trois techniques principales de réalisation des cages de Faraday industrielles :

  • Cages modulaires :

Elles sont réalisées à l'aide de bacs en acier pliés ou à l'aide de panneaux en bois revêtus sur les deux faces d'une feuille d'acier. Les bacs sont assemblés entre eux à l'aide de boulons. Les panneaux en bois sont assemblés à l'aide de profils d'assemblage en acier. Avantage des bacs : insensibilité à l'humidité et aux variations hygrométriques. Bonne tenue dans le temps de la géométrie. Avantage des panneaux : ils peuvent être recoupés. Les dimensions de la salle peuvent être modifiées. Les cages modulaires permettent d'atteindre des performances supérieures à 130 dB à 1 GHz.

  • Cages architecturales en cuivre :

Elles sont réalisées à l'aide d'un feuillard de cuivre de 0,2 ou 0,3 mm qui est posé en recouvrement et brasé en continu à l'étain. Cette technique est utilisée dans les locaux de grandes dimensions et permet de s'adapter aux géométries complexes (coins, décrochements, poutres, piliers). Il n'y a pas de perte de place, le cuivre s'appliquant directement sur les murs. Les cages en cuivre permettent d'atteindre des performances supérieures à 120 dB à 1 GHz.

  • Cages architecturales en tissu métallisé :

La cage est réalisée à l'aide d'une tapisserie métallisée posée à l'aide de colle. Cette technique présente les mêmes avantages que les cages cuivre. Les performances atteintes sont supérieures à 60 dB à 100 MHz. Ces performances suffisent pour quelques applications.

Dans les trois techniques principales, il est possible d'y adjoindre des fenêtres. Néanmoins les fenêtres ont une efficacité limitée (environ 80 dB) faisant chuter les performances globales de la cage de Faraday. C'est pourquoi dans de nombreuses applications pour préserver le niveau de blindage global de la cage, il est installé des caméras vidéo blindés.

Exemples d'applications[modifier | modifier le code]

  • L’automobile est une cage de Faraday courante, qui bien qu'imparfaite joue parfois bien son rôle. L’utilisation de matériaux composites non conducteurs ainsi que les ouvertures vitrées font que, suivant le modèle, l’automobile n'est que rarement une bonne cage de Faraday.
  • Le boîtier métallique des ordinateurs constitue également une cage de Faraday. Si ce boîtier est non métallique (plastique), il est, pour répondre aux normes de radio-compatibilité, doublé aux endroits stratégiques, d'une fine feuille métallique reliée à la masse électrique de la machine.
  • En général, beaucoup d'appareils électroménagers sont équipés de blindage internes formant des cages de Faraday au moins pour les parties sensibles. Bien souvent pour des impératifs de coûts de construction, les feuilles métalliques de blindage sont remplacées par une couche d'un matériau conducteur appliqué par projection sur l'intérieur de la carrosserie faite de matériaux isolants. Exemple : un four à micro-ondes est composé d'une cage de Faraday dans laquelle on place les aliments à chauffer, et la porte est munie d'un grillage assez fin pour retenir les ondes et assez grand pour permettre de voir à l'intérieur. Cela du moins en théorie, car en pratique des tests réalisés avec des appareils de mesure de rayonnements hautes fréquences mettent en évidence des fuites sur de nombreux modèles actuellement commercialisés.[réf. nécessaire] Ces fuites peuvent notamment affecter la qualité des réseaux Wi-Fi ; il n'est pas rare d'observer des déconnexions du Wi-Fi — voire des pertes de signal — lorsqu'un four à micro-ondes est mis en fonctionnement, les fréquences utilisées étant sensiblement les mêmes.
  • Les appareils d'IRM sont entourés d'une cage de Faraday pour isoler la pièce des ondes pouvant interférer avec les ondes de radiofréquence émises par le générateur d'ondes radio.
  • Les équipements d'électrophysiologie sont toujours entourés d'une cage de Faraday, pour maintenir le bruit parasite faible, augmentant ainsi le rapport signal sur bruit.
  • Les maisons individuelles sont parfois munies d'une cage de Faraday ce qui permet de protéger tous ceux qui sont à l'intérieur. Cette protection des rayonnements extérieurs ne permet cependant pas aux champs électromagnétiques générés à l'intérieur de s'évacuer normalement.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]