Des installations soumises à rude épreuve

Chocs, vibrations, corrosion, champs électromagnétiques, risques d’explosion… L’installation électrique peut être soumise à rude épreuve. Schneider Electric propose des solutions pouvant satisfaire aux conditions les plus extrêmes. Des produits qui n’ont peur de rien. Ou presque.

Un environnement peut être classé “sévère” pour de multiples raisons : des conditions naturelles extrêmes (basse ou haute température, corrosion, salinité), des contraintes industrielles (chocs, vibrations, champs électromagnétiques élevés, risques d’explosion). La sévérité peut être permanente ou imprévisible (foudre, risques sismiques). De telles conditions de fonctionnement requièrent des installations électriques adaptées que Schneider Electric conçoit et met en oeuvre. Les experts du groupe sont capables de garantir la fiabilité du matériel et la sécurité

des personnes, conformément aux exigences des clients et dans le respect des normes officielles.

Ambiances explosives

Dans le domaine des atmosphères explosives (Atex), des normes européennes fixent le cadre de travail des industriels et des installateurs. “Les explosions du silo de Blaye en 1997 et de l’usine AZF à Toulouse en 2001 ont provoqué une prise de conscience”, constate Philippe Fleury, chef de projet croissance & adaptation chez Schneider Electric. L’industriel est responsable de son analyse de risques. Depuis juin 2003, tout nouveau site de type Atex doit être équipé avec du matériel certifié. Les autres installations ont jusqu’en juin 2006 pour se mettre à niveau. Les atmosphères explosives sont classées en deux catégories, Atex gaz et Atex poussière. La première inclut notamment les industries pétrolière, chimique, pharmaceutique, les mines, les ateliers de peinture, les stations d’épuration. La seconde concerne les environnements chargés en poussières issues de blé, maïs, sucre, aluminium, bois, farine… “Théoriquement, le pétrin d’une grosse boulangerie est potentiellement explosif, note Philippe Fleury, mais il est difficile d’imposer une mise à niveau à de petites structures qui ne peuvent pas toujours supporter un tel investissement.” Le coût s’explique par la robustesse imposée aux produits, mais également par une exigence de traçabilité afin de pouvoir identifier chaque produit et, en cas de défaillance potentielle détectée a posteriori, prévenir les utilisateurs. Outre la robustesse, les principales qualités de ces produits sont l’étanchéité et la résistance aux chocs ; des critères qui doivent de surcroît résister au temps. “Ce n’est pas facile car nous n’avons pas assez de recul pour caractériser le vieillissement de certains plastiques, explique Philippe Fleury. Nous devons donc envisager plusieurs cas de figures et effectuer des tests sur plusieurs matériaux pour ne retenir que ceux qui tiennent les contraintes les plus sévères.” De plus, les produits ne doivent pas générer de décharges électrostatiques, des étincelles qui pourraient avoir de graves conséquences en milieu explosif. Dans le cas du gaz, plusieurs scénarios sont mis en oeuvre pour y parvenir : empêcher le gaz d’entrer dans les équipements (pressurisation), empêcher la flamme d’en sortir (anti-déflagrant), veiller à ce qu’il n’y ait pas assez d’énergie pour provoquer une étincelle. Pour les poussières, il s’agit d’empêcher le contact avec l’étincelle ou la source de chaleur. Fruit de plusieurs années de travail, la gamme Atex de Schneider Electric sera commercialisée en septembre 2004. Il s’agit notamment de boutonnerie Harmony, d’interrupteurs de position Osiswitch, de détecteurs de proximité Osiprox.

Chocs et vibrations

L’appareillage électrique peut également subir des chocs et des vibrations dommageables. Dans les centres d’usinage, sur les chaînes de montage, sur des bateaux ou des grues portuaires, le matériel se dégrade rapidement si on n’y prend garde. Les militaires exigent même une tenue du matériel au grenadage ! Enfin, dans certaines zones sismiques, intervient le paramètre vibratoire. “Ces contraintes sont considérées très tôt dans le cahier des charges, explique Eric Melmoux, responsable du laboratoire CEMCAM (Compatibilité Electromagnétique, Climatique, Acoustique et Mécanique) de Schneider Electric. Nous évaluons les risques, et nous réalisons ensuite des simulations et des essais.” Lors de la conception du produit, s’il s’agit d’une simple extrapolation de l’existant, le savoir-faire suffit souvent pour passer en phase d’essai. Mais si la rupture technologique est forte, des outils de simulation sont nécessaires pour évaluer la résistance mécanique des constituants, positionner au mieux la fréquence de résonance, optimiser l’amortissement, au cas par cas. La validation de ces simulations est une étape cruciale. La technique de “recalage modal” permet de “corriger” le modèle dès que le premier prototype est disponible. La qualification finale s’appuie, elle, sur les normes définies par le comité technique international (représenté en France par l’UTE) et sur des valeurs d’usage. Parmi les produits de Schneider Electric les plus exposés aux vibrations industrielles et devant de plus assurer une fonction de sécurité figurent ceux destinés aux chaînes d’assemblage : interrupteur de position, bouton d’arrêt d’urgence, détecteur de proximité, cellule photo-électrique, mais aussi les éléments d’automatismes tels que les entrées/sorties déportées.

Compatibilité électromagnétique

Très perturbateurs, les champs électriques dans certains environnements industriels ou encore les perturbations conduites sont si intenses qu’ils peuvent influencer le matériel environnant s’il n’est pas protégé. C’est le cas près des fours à arc, où l’on maintient l’aluminium en fusion avec des champs intenses et continus qui perturbent les tubes cathodiques et les relais. Les champs à haute fréquence, à proximité des radars d’aéroports ou des antennes d’émission de forte puissance, posent également problème pour les dispositifs électroniques. “Quand la solution avec produits et systèmes normalisés est insuffisante, nous apportons une réponse personnalisée à un problème spécifique”, précise Jacques Delaballe, délégué à la normalisation. Pour utiliser un produit électronique standard dans un environnement électromagnétique intense, il faut le durcir, renforcer sa tenue électromagnétique, ce qui revient à mettre en place des barrières pour ramener les contraintes électromagnétiques externes à des niveaux compatibles avec la tenue du produit standard. Les solutions utilisées sont le blindage, le filtrage, l’écrêtage des surtensions, mis en oeuvre de façon optimale.

Températures et corrosion

Dans les conditions extrêmes de température et d’humidité, d’autres problèmes peuvent survenir, que Christian Anselme, expert en conception métallurgique, traitement de surface et corrosion à la Direction scientifique et technique, s’attache à régler dès la conception de l’installation électrique. Par très basse température, des précautions exceptionnelles s’imposent pour éviter que les matériaux ne se cassent. Par - 30 ou - 40 °C, seule la haute tension fonctionne. Pour la basse ou moyenne tension, des armoires chauffées sont nécessaires. Sur les bateaux ou les plateformes off-shore, le matériel est protégé des projections dans des coffrets spéciaux pour le soustraire à tout contact avec l’environnement. Problème plus délicat, selon Christian Anselme, celui de la sulfurisation du cuivre et de l’argent. “Les stations d’épuration, les papeteries, les raffineries de pétrole, émettent des vapeurs de dioxyde de soufre et de sulfure d’hydrogène. La réaction chimique de ces substances génère des dépôts isolants sur les contacts électriques. En l’absence de protection, les appareils remplissent mal leurs fonctions et peuvent provoquer des incidents graves.” Dans ce cas, des mesures particulières sont mises en place pour isoler le matériel. Et une maintenance préventive assidue, associée au remplacement régulier de certains composants, permet d’assurer le bon fonctionnement de l’installation.

Protection différentielle

Les milieux humides et pollués peuvent perturber les produits de protection différentielle. “En présence de substances chimiques, d’ambiances agressives, d’atmosphères polluées, des phénomènes de non déclenchement liés à la corrosion des appareils sont parfois constatés. Ils ont des conséquences néfastes sur l’appareillage, donc sur la sécurité des personnes”, assure Thierry Creton, gérant d'offre protection modulaire au sein de la Direction marketing France. C’est pour ce type de contexte qu’a été créée la gamme Vigi SiE (Spécial influences externes), des blocs différentiels protégés contre l’humidité, les graisses ou les produits chimiques. La norme NF C 15-100 définit une classification sur la présence de substances corrosives ou polluantes qui aide les clients à choisir le bloc Vigi SiE correspondant à leurs besoins (AF2, AF3 ou AF4) (Tableau ci-dessous). Les industries chimique et agroalimentaire, les caves viticoles, les établissements thermaux et les piscines, figurent parmi les secteurs les plus touchés par ces contraintes. “Nous avons innové pour régler ce problème, résume Thierry Creton, notamment en déposant un revêtement anti-corrosion breveté sur les parties actives du relais, ce qui permet d’obtenir des produits fiables quels que soient les agents polluants ou corrosifs présents dans l’atmosphère. Cela paraît simple, mais il s’agit d’une technologie high-tech. Les différentiels SiE ont ainsi une tenue cent fois supérieure aux solutions classiques en ambiances sévères.”