Ne doit pas être confondu avecCavité de Faraday.
Unecage de Faraday oubouclier de Faraday est une enceinte utilisée pour bloquer leschamps électromagnétiques. Un écran de Faraday peut être constitué d'un revêtement continu dematériau conducteur, ou dans le cas d'une cage de Faraday, d'un maillage de tels matériaux. Les cages de Faraday portent le nom du scientifiqueMichael Faraday, qui les a inventées en 1836[1].
Une cage de Faraday fonctionne parce qu'un champ électrique externe provoque la répartition descharges électriques dans le matériau conducteur de la cage de sorte qu'elles annulent l'effet du champ à l'intérieur de la cage. Ce phénomène est utilisé pour protéger leséquipements électroniques sensibles (par exemple lesrécepteurs radio) desinterférences radioélectriques externes lors de tests ou de calibration de l'appareil. Ils sont également utilisés pour protéger les personnes et les équipements contre les courants électriques réels tels que les impacts defoudre et lesdécharges électrostatiques, car la cage enveloppante conduit le courant autour de l'extérieur de l'espace clos et aucun courant ne traverse l'intérieur.
Les cages de Faraday ne peuvent pas bloquer les champs magnétiques stables ou variant lentement, tels que lechamp magnétique terrestre (uneboussole fonctionnera toujours à l'intérieur). Dans une large mesure, cependant, ils protègent l'intérieur durayonnement électromagnétique externe si le conducteur est suffisamment épais et que les trous sont nettement plus petits que lalongueur d'onde du rayonnement. Par exemple, certainesprocédures de test informatique judiciaire de systèmes électroniques qui nécessitent un environnement exempt d'interférences électromagnétiques peuvent être effectuées dans une pièce blindée. Ces pièces sont des espaces entièrement délimités par une ou plusieurs couches de treillis métallique fin ou de tôle perforée. Les couches métalliques sont mises à la terre pour dissiper tous les courants électriques générés par les champs électromagnétiques externes ou internes et bloquent ainsi une grande partie des interférences électromagnétiques. Voir aussiblindage électromagnétique. Ils atténuent moins les transmissions sortantes que les transmissions entrantes : ils peuvent bloquer très efficacement lesondes EMP des phénomènes naturels, mais un dispositif de localisation, en particulier dans les hautes fréquences, peut être capable de pénétrer depuis l'intérieur de la cage (par exemple, certains téléphones portables fonctionnent à différentes fréquences radio, donc même si une fréquence peut ne pas fonctionner, une autre le fera).
La réception ou la transmission d'ondes radio, une forme derayonnement électromagnétique, vers ou depuis uneantenne à l'intérieur d'une cage de Faraday est fortement atténuée ou bloquée par la cage ; cependant, une cage de Faraday a une atténuation variable en fonction de la forme d'onde, de la fréquence ou de la distance du récepteur/émetteur et de la puissance du récepteur/émetteur. Les transmissions de fréquence à haute puissance enchamp proche comme laRFIDHF sont plus susceptibles de pénétrer. Les cages solides atténuent généralement les champs sur une gamme de fréquences plus large que les cages grillagées.
En 1836,Michael Faraday a observé que l'excès de charge sur un conducteur chargé ne résidait que sur son extérieur et n'avait aucune influence sur quoi que ce soit enfermé à l'intérieur. Pour démontrer ce fait, il a construit une pièce recouverte d'une feuille de métal et a permis aux décharges à haute tension d'un générateur électrostatique de frapper l'extérieur de la pièce. Il a utilisé unélectroscope pour montrer qu'il n'y avait aucune charge électrique présente à l'intérieur des murs de la pièce.
Bien que cet effet de cage ait été attribué auxexpériences de seau à glace que Faraday a réalisées en 1843,Jean Antoine Nollet avait observé l'effet dès 1754 (dans sesLeçons de physique expérimentale)[réf. souhaitée], suivi en 1755 parBenjamin Franklin, qui a observé l'effet en abaissant une boule de liège non chargée suspendue à un fil de soie à travers une ouverture dans une boîte métallique chargée électriquement. D'après ses écrits, « le bouchon n'a pas été attiré à l'intérieur de la boîte comme il l'aurait été à l'extérieur, et bien qu'il ait touché le fond, pourtant, une fois tiré, il n'a pas été électrifié (chargé) par ce contact, comme cela aurait été le cas en touchant l'extérieur. Le fait est singulier. »
Franklin avait découvert le comportement de ce que nous appelons maintenant une cage ou un bouclier de Faraday (basé sur les expériences ultérieures de Faraday qui dupliquaient le bouchon et la canette de Franklin)[2].
De plus, dès 1754, l'abbé Nollet publia un premier compte rendu d'un effet attribuable à l'effet cage dans ses « Leçons de physique expérimentale »[3].
Telle qu'elle a été étudiée parMichael Faraday lors de ses travaux sur les conducteurs, la cage de Faraday est une enceinte en aluminium conductrice qui est reliée à la terre de façon à maintenir son potentiel fixe ; elle est étanche aux champs électriques (créés par la simple présence d'une différence de potentiel, sans qu'un courant soit nécessaire), que la source perturbatrice se trouve à l'intérieur ou à l'extérieur de la cage.
Cette structure peut également avoir un effet indirect de protection contre les perturbations d'origineélectromagnétique (dues à un courant). On parle alors plutôt deblindage électromagnétique.Pour cet usage, il n'est pas nécessaire que la structure soit reliée à la terre ; mais l'efficacité est fortement influencée par la fréquence de la perturbation, laconductivité et laperméabilité magnétique du matériau dont elle est faite.
L’enceinte métallique doit en principe être fermée de chaque côté. Mais elle peut aussi être constituée degrillage ajouré.Un grillage avec une maille de quelques centimètres agit comme un miroir sur uneondedécimétrique, comme cela est utilisé dans lesmiroirs primaires desradiotélescopes (Effelsberg,Nançay). Plus lafréquence de l'onde est élevée (donc plus sa longueur d'onde est courte), plus la maille doit être petite.
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Les performances et le coût d'une cage tiennent pour l'essentiel dans ses accessoires : portes, fenêtres, passages pour la ventilation (nid d'abeilles), 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 :
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, on installe des caméras vidéo blindées.
Elles sont réalisées à l'aide de bacs enacier 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.
Elles sont réalisées à l'aide d'un feuillard decuivre 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.
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.
« Faraday Cage Nollet. »
5.La cage de Faraday : qu'est-ce que c'est et comment ça marche ?
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