Blindage magnétique
Tout savoir sur le blindage magnétique
Un blindage magnétique est une protection contre les ondes magnétiques qui permet d’atténuer dans un volume défini le champ magnétique ambiant.
Un blindage magnétique est une protection contre les ondes magnétiques qui permet d’atténuer dans un volume défini le champ magnétique ambiant. La vocation du blindage magnétique est donc de protéger un instrument de ce champ magnétique, afin d’en assurer un fonctionnement optimisé, ou bien de protéger un environnement d’un champ magnétique émis par un instrument et/ou une source d’énergie. De même, un instrument peut lui-même, émettre un champ magnétique qui peut créer des interférences importantes avec des appareils électriques. Si les actifs ne sont pas protégés, alors le flux magnétique peut venir perturber le fonctionnement.
Il existe deux typologies de blindage magnétique qui sont complémentaires :
- Le blindage passif
Le blindage actif
Au cœur de l’expertise de MECA MAGNETIC, le blindage magnétique passif basse fréquence utilise des écrans en métaux ferromagnétiques à haute perméabilité. Plutôt que de bloquer le flux (ce qui est physiquement impossible), notre solution agit comme un canalisateur : elle attire, capte et dévie les lignes de champ à l’intérieur même du matériau. Ce comportement, agit comme une cage de Faraday, mais pour les champs continus (DC) ou basse fréquence (BF), garantit une isolation maximale de vos composants sensibles
Le blindage magnétique actif repose sur une technologie de compensation dynamique. Un système de bobines génère en temps réel un contre-champ magnétique opposé et d’intensité équivalente pour annuler la perturbation résiduelle. MECA MAGNETIC peut proposer des combinaisons du passif et de l’actif, une compétence indispensable lorsque le cahier des charges exige un champ résiduel proche de zéro.
Un blindage magnétique passif peut être considéré comme une cage de faraday pour des champs magnétiques continus ou de basse fréquence. A la différence de la cage de Faraday, on cherchera à empêcher un champ d’entrer dans un volume ou de sortir d’un volume ou le canaliser dans un volume dédié. Seuls certains matériaux ont une forte perméabilité magnétique ou susceptibilité magnétique et un faible champ coercitif (limiter les effets d’hystérésis: Retard dans le développement d’un phénomène physique par rapport à un autre), à savoir le permimphy ou autres alliages de fer nickel. Un matériau présentant une susceptibilité magnétique élevée aura tendance à concentrer les lignes de champ magnétique.
Le principe du blindage passif
Un blindage magnétique est une solution mécanique, la plupart du temps issue d’une pièce de tôlerie, destiné à résoudre un problème de perturbation électromagnétique basse fréquence. On parle alors de « blindage passif ».
Un blindage conduit la composante magnétique de l’onde électromagnétique sur des fréquences de 0,1 à 10 000 Hz. Au-dessus de 10 000 Hz, on utilisera des blindages électriques réalisés avec d’autres matières et nécessitant d’autres conceptions.
L’objectif majeur de nos blindages sur-mesure est d’isoler ou d’atténuer les champs statiques et basses fréquences. Nos solutions protègent les applications critiques telles que :
- Les instruments de mesure de haute précision
- Des dispositifs médicaux (IRM, MEG, etc.)
- Les champs magnétiques émis par un instrument ou par son environnement
Les blindages protègent également l’environnement.
Une ligne de champ ne se stocke pas, ne s’arrête pas et se reboucle toujours. Elle se propagera dans le milieu où la perméabilité est la plus importante.
Contrairement au blindage électrique, blinder magnétiquement consiste à dévier les lignes de champs, une simple plaque constitue donc un blindage.
Concevoir un blindage magnétique
Les vérifications d’usage
Avant de partir sur une recherche de solution, il convient de vérifier les points suivants :
- – Suis-je en champ continu ou en champ alternatif ?
– Suis-je en présence de champ faible ou de champ fort ?
– Faut-il blinder la pollution ou la partie sensible ?
– Quelle atténuation dois-je avoir ?
- – Les valeurs données ou mesurées sont-elles fiables ?
– Ces valeurs sont-elles données en valeurs moyennes ou en valeurs crêtes ?
– De quelle place dispose-t-on pour mettre un blindage ?
– Quels paramètres dois-je également prendre en compte : aération, passage de câble, sollicitation mécanique ou climatique, accessibilité…
Les méthodes de conception
Différentes méthodes de conception sont possibles.
L’utilisation de formules assez simples, qui peuvent très vite donner, en champ continu, une idée de la solution. On peut partir de formules un peu plus complexes (faisant appel à des abaques), formalisées entre autres par Albrecht J. MAGER en 1970 qui, à partir de formes simples, affine des solutions en continu ou en alternatif.
La solution des simulations par éléments finis (intégrant les équations de Maxwell ) reste une approche destinée aux formes complexes et dépend énormément du maillage et des courbes B-H des matériaux intégrées au logiciel.
- La conception et le besoin en atténuation permettront d’identifier un besoin complémentaire éventuel en blindage actif.
Quelle matière pour quel résultat de blindage ?
Le choix du matériau
Le blindage repose sur l’utilisation de métaux dits « ferromagnétiques doux ». Les matériaux de référence lex plus cités dans l’industrie sont le Mu-Métal et Permimphy, un alliage de Nickel-Fer (Ni-Fe). Ce matériau possède une très haute perméabilité magnétique, ce qui signifie qu’il absorbe et guide le flux magnétique avec une facilité extrême, agissant comme un véritable canalisateur des lignes de champ.
Attention aux contraintes mécaniques
Le permimphy est extrêmement sensible aux manipulations. Les chocs, les pliages ou l’usinage dégradent profondément sa structure cristalline et détruisent ses propriétés de perméabilité magnétique. Après toute mise en forme, le matériau doit subir un traitement thermique de recuit sous atmosphère d’hydrogène pour restaurer son efficacité protectrice. C’est pourquoi MECA MAGNETIC applique systématiquement un traitement thermique de recuit final sous atmosphère d’hydrogène (généralement à plus de 1000°C). Cette étape industrielle indispensable, totalement maîtrisée par nos équipes optimise ses performances de blindage.
Les épaisseurs travaillées
Monocouche versus multicouche
L’atténuation du champ magnétique demandée est un des critères de choix de l’épaisseur du matériau choisi et du choix entre monocouche et multicouche. Le deuxième critère est la contrainte liée à la surface à blinder et/ou la surface résiduelle demandée.
- Conçu sur le principe des poupées russes, ce système superpose plusieurs écrans séparés par un entrefer isolant. Ce choix repose sur une loi physique : deux couches de 1 mm isolés par un espace d’air offrent une atténuation nettement supérieure à une seule couche de 2 mm. En réduisant le champ de manière progressive et drastique à chaque niveau, nous éliminons tout risque de saturation matérielle pour atteindre des environnements de champ quasi nul (chambres de mesure, physique quantique).
On l’utilise quand les champs sont élevés ou lorsqu’on recherche une atténuation importante. Couche après couche, les valeurs de champ diminuent très fortement. On peut ainsi éviter les phénomènes de saturation et atteindre des valeurs de champs résiduelles extrêmement faibles. C’est la solution idéale pour les chambres à champs nul. On obtient par rapport au champ terrestre des atténuations correspondant à un facteur 10 000 permettant d’aboutir à des champs résiduels de quelques nano tesla.
La règlementation en vigueur
Une directive européenne sur les champs électromagnétiques a vu le jour en juin 2013 : 2013/35/UE – https://eur-lex.europa.eu/
Chaque pays Européen peut disposer, au niveau national, d’une règlementation plus stricte que cette règlementation Européenne. C’est par exemple le cas en France avec le Décret n° 2013-1162 – legifrance.gouv.fr Décret n° 2013-1162 du 14 décembre 2013 qui définit un cadre plus strict pour certains environnements sensibles (hôpitaux, écoles…).
FAQ
C’est quoi un champ magnétique
Le champ magnétique est un phénomène physique engendré par le déplacement de charges électriques et révélé par des matériaux magnétiques.
Comment s’isoler d’un champ magnétique ?
Pour isoler le mécanisme du champ magnétique de l’aimant, il faut soit enfermer l’aimant dans une cage de FARADAY, soit y enfermer le mécanisme.
Comment bloquer le magnétisme ?
Le champ magnétique traverse tout, les cloisons, le béton, le granit, le corps humain… et ne peut pas être arrêté. La seule solution pour s’en protéger consiste à s’éloigner de la source.
Un matériau naturel ou composite peut-il bloquer le champ magnétique comme le ferait une cage de Faraday pour le champ électrique ?
Oui, le blindage magnétique est possible en utilisant des matériaux à forte susceptibilité magnétique, qui concentrent les lignes de champ magnétique afin qu’elles restent à l’intérieur du matériau.
Qu’est-ce qu’un blindage magnétique ?
C’est une protection contre les ondes magnétiques qui permet d’atténuer dans un volume défini le champ magnétique ambiant.
Comment faire un blindage magnétique ?
En utilisant un matériau capable de concentrer les lignes de champ magnétique créées dans l’espace par des sources de champ magnétique, comme les aimants.
Blindage de réception ou d’émission ?
Les deux. Soit on ne veut pas qu’un élément sensible soit perturbé, soit on ne veut pas qu’un élément perturbe.
Jusqu’où peut-on blinder (fréquence et puissance) ?
On peut blinder toute fréquence suivant différentes techniques. Pour les basses fréquences, on utilise des matériaux à forte perméabilité ; pour les fréquences plus élevées on utilise des matériaux à faible résistivité.
Pour les très grande fréquences (Giga hertz), l’emploi de peinture chargée de plastique ou autre est plus adaptée.
Pourquoi le Permimphy est-il considéré comme un matériau de référence ?
Composé majoritairement de nickel associé au fer, le Permimphy s’est imposé grâce à sa perméabilité magnétique extrêmement élevée. Dans des environnements où les champs magnétiques restaient relativement faibles, le Permimphy permet d’atteindre d’excellentes performances d’atténuation. On le retrouve historiquement dans les instruments scientifiques de précision, les salles de blindage dédiées ou encore les dispositifs médicaux et de mesure.
Dans quels cas faut-il privilégier le Permimphy par rapport à d’autres alliages ?
Le Permimphy (ou les alliages alternatifs de type Supra50) offre un compromis idéal entre une perméabilité élevée et une induction à saturation plus forte. Nous le recommandons particulièrement dans les secteurs médical, laboratoires, salles blindées, ferroviaire, aéronautique et de la défense. Les sources de pollution (moteurs, transformateurs) dans ces secteurs génèrent des flux intenses exigeant un blindage composé de matériaux conçues pour les températures ambiantes à la fois performant et mécaniquement endurant.