La compatibilité électromagnétique (CEM) (en anglais ou EMC) est l'aptitude d'un appareil ou d'un système électrique ou électronique à fonctionner dans l'environnement électromagnétique pour lequel il est conçu sans produire lui-même de perturbations électromagnétiques susceptibles d’affecter les autres appareils de son environnement.
Une bonne compatibilité électromagnétique caractérise un état de « bon voisinage électromagnétique » : l'appareil doit limiter le niveau des émissions non désirées afin de ne pas perturber son environnement au-delà d'un seuil acceptable par ses "voisins électromagnétiques" ; l'appareil doit être suffisamment protégé contre les perturbations provenant de son environnement.
Les diverses règlementations requièrent un niveau de compatibilité électromagnétique à respecter (directive CEM pour l'Union Européenne, FCC pour les États-Unis, DO-160/ED-14 pour le matériel avionique). En support à ces règlementations, des normes ont établi des méthodes d'évaluation des perturbations, ainsi que des limites de niveau de perturbations à ne pas dépasser ou à supporter dans un environnement donné.
La compatibilité électromagnétique ne concerne pas les effets biologiques et environnementaux des champs électromagnétiques.
thumb|upright=1.5|Chambre anéchoïque RF utilisée pour les essais CEM (émissions et immunités rayonnées).
Définitions
Perturbation électromagnétique Une perturbation électromagnétique est un phénomène électromagnétique susceptible de créer des troubles de fonctionnement d'un dispositif, d'un appareil, ou d'un système, ou d'affecter défavorablement la matière vivante ou inerte. Une perturbation électromagnétique peut être un « bruit » au sens de déformation du signal, un signal non désiré ou encore une modification temporaire du milieu de propagation lui-même.
Pollution électromagnétique La plupart des équipements électriques et électroniques génèrent des champs électromagnétiques perceptibles dans leur environnement ; l'ensemble de ces champs crée une forme de pollution pouvant perturber le fonctionnement d'autres équipements.
Émission / Susceptibilité La compatibilité devant être assurée dans tous les environnements pour les systèmes, deux classes types sont définis : les émissions (terme choisi par les normes aérospatiales ou similaires) ou perturbations (équivalent dans les normes industrielles) désignent les signaux (volontaires ou non) dont la propagation est de nature à nuire au bon fonctionnement des objets ou à la santé des êtres vivants situés au voisinage ; la susceptibilité désigne un comportement d'un appareil, en réponse à une contrainte externe (volontaire ou non, naturelle ou artificielle), jugé incompatible avec une utilisation normale. Un appareil qui n'est pas susceptible bénéficie d'une immunité satisfaisante.
Phénoménologie : le modèle « source/couplage/victime » Lorsqu'une incompatibilité électromagnétique apparaît, ces trois éléments sont à considérer : la « source » d'émission du signal (naturel ou artificiel) ; la « victime » susceptible à ce signal parasite ; le « couplage », phénomène physique qui permet la propagation de la perturbation entre la source et la victime. Un couplage peut être de type conductif (la perturbation se propage le long de câbles), rayonné (en présence d'un champ électrique, magnétique ou électromagnétique) ou électrostatique (lors de décharges électrostatiques).
La configuration du modèle « source / couplage / victime » dépend de l'échelle à laquelle on le regarde : une source peut être décomposée en une autre source et un couplage : par exemple, l'émission radio d'un microprocesseur est le résultat de la commutation de cellules logiques (source), les métallisations de la puce ainsi que les pistes du boîtier ou du circuit imprimé servant d'antenne pour transformer les transitoires de courant temporels dans chaque cellule individuelle en un champ électromagnétique décrit par un « brouillard coloré » fréquentiel ; une victime peut aussi subir ce type de décomposition, mais son critère de susceptibilité varie également selon qu'on « regarde », le composant ou le système : par exemple, pour un même réseau Ethernet, on pourra se focaliser : sur la perturbation du niveau logique ou du diagramme de l'œil (associé au composant électronique) falsifiant un bit, sur le risque que les redondances associées au codage de la trame (par exemple en 1000BASE-T) ne permettent pas de la reconstituer, sur l'acceptabilité ou non de la réduction de bande passante causée par la réémission de trames perturbées (TCP/IP), sur l'intelligibilité des signaux analogiques reconstitués malgré les trames perturbées (voix sur IP). Ce genre de décomposition n'est pas infini : on doit toujours arriver à des sources ultimes (signaux fonctionnels, phénomènes naturels ou intentionnels). Idem pour les victimes.
Afin de caractériser le comportement d'un appareil indépendamment des autres, les couplages sont nécessairement décomposés en deux sous couplages : source/environnement et environnement/victime, c'est pour cela que les normes font appel à différents types d'environnements d'usage. Résidentiel, commercial léger ou industriel dans la plupart des cas du domaine civil.
Classifications des perturbations Classification par conduction et rayonnement thumb|upright|Couplage par rayonnement et par conduction. On classe les couplages en deux catégories : couplage par rayonnement : champ électrique, champ magnétique, champ électromagnétique ; couplage par conduction : transmission du signal par un conducteur métallique conducteur de bout en bout en permanence (n'importe quel conducteur, et pas nécessairement un fil électrique : un tuyau de climatisation fait parfaitement l'affaire). La frontière entre les deux comporte une part d'arbitraire : plusieurs normes classent certains couplages par champ électrique ou magnétique dans la case « conduction ».
Par ailleurs, pour les couplages par rayonnement, les normes font aussi la distinction entre champs proches et champs lointains : Une source de perturbations électromagnétiques crée au départ souvent soit un champ électrique, soit un champ magnétique. Mais à une certaine distance de cette source, l'onde observée sera une onde électromagnétique « plane » (dite aussi « lointaine » ou « horizontale »), combinaison d'un champ H et d'un champ E, avec le rapport E/H = 120 π (≈377 Ω). Cette distance est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde. Ainsi, pour les fréquences élevées, une onde sera toujours plane dès que l'on reste proche de la source.
La norme pourra exiger un test de susceptibilité au champ E, au champ H ou encore à l'onde plane (ou champ lointain). Les normes exigeront des tests à l'onde plane aux fréquences les plus élevées, puisque dans le cas des fréquences élevées, on aura toujours en pratique une onde « plane ».
Émission / Susceptibilité
On peut redéfinir plus rigoureusement émission et susceptibilité : dans le cas des émissions, la « victime » du modèle est remplacée par un critère artificiel (niveau maximal toléré pour certaine grandeur de type électromagnétique, défini d'une certaine manière, dans une certaine configuration) ; pour la susceptibilité, on définit la source (et une partie du couplage), et on définit une susceptibilité particulière pour chaque type de source (ou combinaison de sources, dans les cas les plus « complexes ») que la victime étudiée risque de rencontrer dans l'environnement pour lequel il est prévu de fonctionner.
Classification par fréquence
f < ~ : il s'agit principalement de perturbations de mode différentiel (harmoniques de courant des alimentations, fluctuations de tension dues à des variations de charge…) ; les champs magnétiques et électriques des équipements de puissance sont aussi à considérer dans certains cas (sources : transformateur, ligne haute tension, moteur… ; victimes : capteurs à effet hall, tubes cathodiques…). ~ < f < ~ : perturbations véhiculées essentiellement en mode commun, mais peut avoir une source de mode différentiel ; le rayonnement dans cette bande de fréquence est bien souvent véhiculé par les câbles qui font antenne (plus ou moins efficace selon la longueur et la disposition) ; on retrouve en général des bruits larges bandes provenant des commutations rapides des convertisseurs d'énergie. f > ~ : perturbations de mode commun ; plus on monte en fréquence, plus la perturbation sera visible uniquement selon un angle précis ; ces perturbations sont essentiellement dues aux horloges internes des équipements, aux harmoniques de ces horloges ou de l'émetteur radio.
Classification par durée Perturbations permanentes Ce sont les perturbations provenant essentiellement : d'émetteur radio (par rayonnement direct, ou par induction sur les câbles) ; du champ magnétique généré par les lignes d'alimentation ; de la déformation de la tension de l'alimentation (harmoniques, ondulation DC…).
En général, dans la règlementation, l'immunité de l'appareil doit être suffisante pour éviter une dégradation de fonction au-delà de la spécification pendant l'exposition à ce type de perturbations.
Perturbations transitoires Ce sont des perturbations provenant essentiellement : de décharges électrostatiques ; d'ondes de foudre ; de commutations électriques dans le réseau d'énergie ; de creux de tension; d'éruption solaire.
Dans la réglementation, il est globalement admis que la susceptibilité de l'appareil permette une dégradation temporaire de fonction (en fonction de la classe de l'équipement), mais avec auto récupération de cette fonction une fois la perturbation terminée (sans intervention de l'utilisateur).
Classification par type de couplage
On appelle couplage le processus par lequel l'énergie du perturbateur atteint la victime. Chaque fois que l'on parle de courant, de tension ou de champ, on n'oubliera pas qu'il s'agit de grandeurs électriques variables dans le temps.
Couplage par impédance commune Le circuit électrique du perturbateur possède dans ce cas une impédance commune avec le circuit électrique de la victime. Aux bornes de cette impédance commune se trouve une tension générée par le courant passant dans le circuit perturbateur. Comme cette impédance est également présente dans le circuit de la victime, cette victime subit cette tension parasite. Exemple : deux appareils sont branchés sur le réseau : un perturbateur qui génère des tensions parasites sur la tension du réseau, et une victime qui utilise la tension du réseau, et qui récupère en même temps cette tension parasite.
Couplage capacitif thumb|upright|Diaphonie capacitive. Dans ce cas, il existe sur un circuit perturbateur une tension susceptible de produire des perturbations. Il existe aussi une capacité entre ce circuit perturbateur et un autre circuit, qui sera la victime. Par cette capacité, de l'énergie électrique perturbatrice atteint le circuit victime.
Exemple : le phénomène de diaphonie capacitive. Un conducteur appartenant au circuit perturbateur se trouve dans le même câble qu'un conducteur appartenant au circuit victime. Ces deux conducteurs étant proches, il existe une capacité entre eux, responsable du couplage. Le couplage sera d'autant plus élevé que l'impédance du circuit victime est grande, du fait du pont diviseur de tension constitué de la capacité et de l'impédance de la victime.
Couplage inductif thumb|upright|Diaphonie Inductive. Dans ce cas, il existe dans le circuit perturbateur un courant susceptible de produire des perturbations. À proximité de ce circuit se trouve un circuit victime. Le courant du conducteur du circuit perturbateur produit autour de lui un champ magnétique. Ce champ magnétique induit un courant dans le circuit victime.