La compatibilité électromagnétique traite des effets des rayonnements électromagnétiques et des courants électriques sur les systèmes électroniques, les matériaux et le vivant. L’équipe CEM met au point des dispositifs de mesures et développe des méthodes de modélisation et de simulation numériques sur des problématiques de compatibilité large bande allant de petits systèmes à des structures complexes tel qu’un avion. Les savoir-faire dans le domaine de la modélisation électromagnétique et sur les techniques numériques temporelles sont étendus aux phénomènes de propagation indoor, au calcul de diffraction sur les structures et les cibles mobiles et sur la propagation longues distances pour les problèmes de communication basses fréquences.

Partenariats : AIRBUS D&S ASTRIUM, AXESSIM, CEA GRAMAT, CISTEME, CNES, DASSAULT AVIATION, DGA, EDF, LEGRAND, ORANGE LABS, RENAULT, THALES DIS

Programmes de recherche nationaux et internationaux : ANR ASTRID (Programme DGA),  ANR (Agence Nationale de la Recherche),  PEA (Programme d’étude Amont de la DGA), FP7, ESA.

Les thématiques de recherche:

• CEM des composants
• CEM Micro-Ondes de Fortes Puissances
• CEM Foudres
• Développement et Optimisation de moyens d’essais CEM
• Analyse de sensibilité et Probabilité de défaillance
• Propagation et Diffraction
• Développement sur les méthodes de calcul et expertise en simulation numérique
• Bancs d'essais

CEM des Composants

En champ très proche, des couplages électromagnétiques directs s’établissent entre les conducteurs (câbles couplés, conducteurs imprimés, conducteur - structure) générateur de signaux parasites. L'augmentation du nombre de systèmes électroniques embarqués ou non et du nombre de perturbateurs potentiels, rend les problèmes de cohabitation cruciaux.

CEM Micro-Ondes de Fortes Puissances

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CEM Foudre

Des phénomènes naturels tels que la foudre sont aussi à l’origine d’un rayonnement électromagnétique large bande et basse fréquence ainsi que de phénomènes de courant induit important dans les réseaux électriques terrestres, les bâtiments et les aéronefs.

Domaine d’application : Aéronautique, structures enterrées, bâtiment, transport…

Thématiques :

• Modélisation des effets indirects sur avion : Evaluation des contraintes en courant sur les câbles et dans les assemblages par la méthode FDTD 3D. Aide à la certification CEM avion par la simulation numérique.
• Modélisation de topologie complexe de câbles in-situ.
• Etablissement de modèles de câbles dans les milieux à pertes (béton, sol…).
• Etudes sur les modèles électromagnétiques de conducteurs, de fentes, de circuits, de fixations, etc, et leurs mises en œuvre au sein de la méthode FDTD .
• Calcul massivement parallèle (solveur TEMSI-FD)

Développement et Optimisation de moyens d’essais CEM

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Analyse de sensibilité et probabilité de défaillance

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Propagation et Diffraction

Les techniques numériques 3D établies essentiellement dans le domaine temporel nous permet d’étendre notre champ d’expertise et d’étude aux phénomènes de propagation INDOOR/OUTDOOR, à la diffraction sur des cibles et à l’étude de l’effet de sources de rayonnement sur l’environnement. Avec les techniques basées sur la méthode FDTD associant le calcul intensif, il est actuellement possible de mener des calculs précis sur des structures tel qu’un avion jusqu’à quelques GHz (dimension de plusieurs centaines de longueurs d’ondes). Des modèles et techniques spécifiques sont développées pour les problèmes de propagation sur de longues distances (terre / mer), le calcul de SER par approche impulsionnelle, la modélisation de système GPR in-situ (Ground Penetrating Radar)

Thématiques :

• Propagation VLF/ LF, méthode FDTD sur équation parabolique
• Calcul SER de cible, méthode FDTD ordre 2 et 4, méthode conforme – FDTD
• Calcul GPR, modélisation systèmes antennaires, modèle de sol hétérogène
• Retournement temporel multi-capteur
• Rayonnement rigoureux en champ proche de sources équivalentes d’antennes par la méthode FDTD pour évaluer l’impact sur l’environnement du système antennaire et la compatibilité radio

Distribution du champ électrique provenant de plusieurs sources WIFI au sein d'un aéronef de la gamme Falcon (Dassault Aviation)

Développement sur les méthodes de calcul et expertise en simulation numérique

Nos recherches & développements s’articulent autour de solveurs maison éprouvés qui résolvent les équations de Maxwell (TEMSI-FD) d’une part et les équations du modèle de ligne de transmission multiconducteurs (LAMLIM).

Parallèlement, des méthodes plus spécifiques sont étudiées afin de traiter des systèmes dans des bandes de fréquence pour lesquels les méthodes dites rigoureuses sont difficilement applicables. Les méthodes de résolution étudiées sont

• Méthode PEEC pour réaliser des modèles circuits basses fréquences de structures (par exemple, le panneau solaire)
• Méthode de KRON pour l’analyse multi-échelle et multi-physique
• Calcul analytique dérivée de l’équation de Sommerfeld pour la propagation très basse fréquence
• Equation parabolique résolue par l’approche FDTD
• Méthode FDTD-3D résolvant les équations de Maxwell dans le domaine temporel (logiciel TEMSI-FD)
• Méthode MTL (Multiconductor Transmission Lines) en temporel, (logiciel LAMLIM)
• Méthode Runge-Kutta de résolution circuit aux variables d’état

Simulateur TEMSI-FD

Le logiciel TEMSI-FD (Time Electromagnetic Simulateur – Finite Difference method) est basé sur la méthode de résolution FDTD (Finite Difference Time domain) appliquée au système d’équations vectorielles de Maxwell. Initié en 2002, il fait depuis l’objet de nombreux développements portant sur différents modèles numériques tels que :

• les matériaux conducteurs
• les sources, les circuits, les câbles
• les techniques conformes et non uniformes, sous-maillages
• Schéma d’ordre 4
• Parallélisme MPI
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Simulateur LAMLIM

Il s’agit d’un logiciel basé sur la méthode numérique de la théorie des lignes de transmission multiconducteurs en temporel. Par sa rapidité et sa précision, cet outil se révèle complémentaire de TEMSI-FD pour l’analyse des problèmes de couplage sur des cartes de circuits électroniques, pour l’étude de la susceptibilité face à la pollution électromagnétique ou aux AGREMs (AGRession ElectroMagnétiques) et pour la réalisation d’études sur les groupes de câbles conducteurs tels que l'on peut en rencontrer dans les véhicules de transport (terrestre ou aérien). Ce simulateur est doté de trois moteurs distincts mais cascadés automatiquement pour le calcul :

• Mailleur linéique 2D à pas adaptatif pour les conducteurs et les interfaces entre substrats qui fournit une segmentation adaptée pour le calcul des matrices de couplage par la méthode MOM.
• Solveur méthode des moments 2D qui permet de calculer les matrices de couplage entre les conducteurs (câbles et circuit imprimé).
• Solveur des équations des lignes de transmission basé sur la méthode numérique FDTD.
• Solveur circuit aux variables d’état par la méthode Runge-Kutta

Moyens d’essais

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