De quoi parle-t-on avec la "Dirty Electricity"

Avec quelles Unités mesure t-on la Dirty Electricity ?

 Introduction et contexte
La présentation traite de la pollution électrique haute fréquence, appelée dirty electricity, présente sur les réseaux domestiques 230 V. Cette pollution est générée par des transitoires rapides et des signaux CPL (courant porteur en ligne) circulant sur le réseau. Il n’existe pas d’unité officielle du Système International pour la quantifier. Les détecteurs Graham-Stetzer (GS) utilisent leurs propres unités GS, définies dans un brevet, alors que d’autres instruments comme les EMI meters (ex. GreenWave) mesurent directement la tension haute fréquence en millivolts. Ces deux approches, bien que complémentaires, reposent sur des principes différents et ne sont pas directement comparables.

Mesures en unités Graham-Stetzer versus les unités des autres détecteurs
Le détecteur GS fonctionne de la façon suivante : il élimine la composante basse fréquence à 50 Hz de la tension, dérive la tension résiduelle haute fréquence, puis lisse le signal pour obtenir une valeur moyenne proportionnelle au taux de variation de la tension (dV/dt). Ainsi, la lecture en unités GS augmente avec la variation de la tension électrique en fonction du temps. À l’inverse, un EMI meter affiche simplement la tension HF, ce qui explique que deux mesures simultanées puissent donner des résultats très différents selon la méthode utilisée. En pratique, Stetzer Electric définit 1 unité GS comme 24 volts par seconde, ce qui correspond effectivement à une mesure de la rapidité des variations de tension.

Relation entre les unités Graham-Stetzer, la fréquence et la tension HF
En s'appuyant sur des présentations de Magda Havas, il est possible de montrer qu'il existe une relation empirique : GS ≈ 0,213 × f × Vrms, où f est la fréquence et Vrms la tension HF efficace. Ce résultat est très proche de celui que l'on obtient avec la définition de l'unité GS donnée par Stetzer Electric, quand on l'applique à une tension sinusoïdale. On trouve alors la formule : GS ≈ 0,26 × f × Vrms. Cela signifie que la valeur GS croît fortement lorsque la fréquence ou l’amplitude augmentent. Par exemple, un signal de 1 mV à 4 kHz correspond à environ 1 GS, alors qu’à 70 kHz, la même tension produit près de 18 fois plus, soit environ 18 GS. Cette caractéristique explique pourquoi le détecteur GS peut réagir plus fortement que les autres détecteurs quand le contenu en fréquences de la tension augmente. Il est intéressant de souligner que la dépendance à la fréquence et à l'amplitude de la tension du détecteur Graham-Stetzer est la même que celle du courant induit dans le corps humain par couplage capacitif avec une source de tension. 

Comparaison des appareils et implications pratiques
Le détecteur GS est sensible dans la plage allant de 4 kHz à 100 kHz et utilise un seuil indicatif de 50 GS pour juger de la qualité du réseau. En parallèle, un EMI meter, couvrant la plage 3 kHz à 10 MHz, affiche la même tension HF en millivolts quel que soit le spectre du signal. Ainsi, une même pollution peut être jugée faible ou forte selon l’appareil utilisé. Ces différences expliquent pourquoi les recommandations sanitaires liées aux seuils (50 GS ou 50–100 mV) restent difficiles à harmoniser. Par ailleurs, des recherches approfondies sur le Web semblent montrer qu'il n'existe pas d'études publiées justifiant les valeurs de seuils choisies.

Conclusion et limites de la mesure
Ces outils restent avant tout pédagogiques et indicatifs. Pour une mesure précise, il est nécessaire d’utiliser un oscilloscope pour caractériser les tensions HF, mais surtout un analyseur de spectre avec antenne pour évaluer les champs électrique et magnétique rayonnés, qui décroissent quand on s'éloigne des sources. Les détecteurs GS et GreenWave permettent néanmoins de détecter rapidement les perturbations dans le câblage électrique d'une habitation liées aux trames CPL ou aux équipements domestiques.

Les différents types d'agression dans les câblages et l'importance de l'impédance d'entrée et de charge sur l'efficacité des filtres CPL

Les différents types d’agression dans les câblages

Dans les réseaux domestiques, les hautes fréquences indésirables appelées dirty electricity peuvent se superposer au courant 50 Hz, perturber les installations électriques et électroniques et bien sûr être rayonnées sous la forme d'un champ électrique et d'un champ magnétique. Elles se présentent sous deux formes principales : le mode différentiel et le mode commun.

• En mode différentiel, la haute fréquence circule sur la phase et le neutre avec des amplitudes égales mais de signe opposé. Les filtres CPL conçus pour ce mode renvoient ces signaux parasites de la phase vers le neutre afin de les empêcher de se propager dans le réseau domestique. Certains filtres plus performants (ceux installés à côté du tableau électrique) intègrent en plus une bobine qui limite la propagation des hautes fréquences avant qu’elles soient déviées vers le neutre. Enedis injecte les trames Linky dans le câblage en mode différentiel. 

• En mode commun, la haute fréquence circule sur la phase et le neutre dans le même sens et avec la même amplitude. Ce mode est beaucoup plus difficile à traiter car il nécessite de renvoyer l’énergie parasite vers la terre, ce qui exige un filtre spécifique et un raccordement efficace à la terre locale. À ce jour, il n’existe aucun filtre CPL grand public capable de travailler en mode commun, ce qui signifie que les filtres du commerce sont inefficaces pour ce type de parasites.

  • Le mode commun apparaît principalement lorsque le circuit est déséquilibré. Ce déséquilibre peut être causé par des câbles asymétriques, des charges électriques non linéaires (alimentations à découpage, appareils électroniques), le couplage avec des masses métalliques ou des différences de potentiel entre les terres. Plus le déséquilibre est important, plus le risque de parasites en mode commun est élevé. 

  • Le circuit électrique complexe qui va du transformateur de quartier jusqu'aux fils électriques dans les habitations, sur lesquels sont branchés de nombreux appareils électriques, est fondamentalement un circuit déséquilibré. Il en résulte que même si Enedis injecte initialement les trames Linky dans le réseau en mode différentiel, le signal injecté se décompose, au fur et à mesure de sa propagation dans le réseau, en deux composantes : une composante qui reste en mode différentiel et une autre convertie en mode commun. Ce phénomène est passif et involontaire, mais inévitable dans un réseau réel. Plus on s'éloigne du point d'injection (transformateur, concentrateur ou compteurs Linky des habitations), plus la proportion de signal en mode commun augmente. 
    
    

L’importance de l’impédance d’entrée et de charge pour l’efficacité des filtres CPL

L’efficacité d’un filtre CPL dépend non seulement de sa conception mais aussi des impédances électriques auxquelles il est connecté. L’impédance peut être vue comme tout ce qui s’oppose à la circulation du courant, un peu comme un obstacle dans un tuyau qui ralentit l’écoulement de l’eau. Cette opposition varie selon la fréquence : un circuit peut donc laisser passer le 50 Hz tout en bloquant les hautes fréquences. Un filtre agit comme un aiguillage, redirigeant les parasites HF, mais son comportement dépend fortement du contexte du réseau.

• Impédance d’entrée (R₀) : elle représente la résistance équivalente vue par le filtre du côté du réseau public, jusqu’au transformateur de quartier. Quand de nombreuses habitations sont connectées, cette impédance est très faible (0,1 à 2 ohms). Plus elle est basse, plus le courant haute fréquence à l’entrée du filtre est élevé, ce qui limite l’efficacité du filtrage.

• Impédance de charge (r) : elle correspond à tout ce qui se trouve en aval du filtre, c’est-à-dire les câbles intérieurs, les multiprises et les appareils branchés. Cette impédance varie au cours de la journée : elle est souvent élevée la nuit lorsque peu d’appareils fonctionnent, et beaucoup plus faible en journée (10 à 50 ohms). Lorsque r est faible, la haute fréquence préfère passer directement dans la charge, ce qui réduit l’efficacité du filtre et peut même saturer la bobine des filtres en série placés à côté du panneau électrique des habitations.

• Interaction entre R₀ et r : l’efficacité réelle du filtre dépend de l’équilibre entre ces deux impédances. Un filtre performant sur le papier peut être très décevant dans une installation où R₀ est extrêmement bas et r très variable. Comprendre et mesurer ces impédances est donc essentiel pour optimiser la réduction des parasites et choisir le type de filtre le mieux adapté, tout en gardant à l’esprit que les filtres CPL actuels restent inefficaces contre le mode commun.

Efficacité des petits filtres CPL : des mesures à l'oscilloscope

Introduction
Cette présentation porte sur l’efficacité des filtres CPL (Courant Porteur en Ligne) qui doivent être branchés sur les prises électriques. Ils sont utilisés pour atténuer la dirty electricity, c’est-à-dire les hautes fréquences qui circulent sur les réseaux électriques domestiques. L’objectif est d’évaluer leur performance par des mesures réalisées à l’oscilloscope et d’en analyser les effets secondaires.

Principe et atténuation théorique
Un filtre CPL agit comme un filtre passe-bas. Il laisse passer le courant 50 Hz tout en atténuant les signaux haute fréquence.
Les fabricants annoncent des performances théoriques très flatteuses, comme une division du signal par 1000 ou 10 000, mais ces résultats ne sont pas obtenus en conditions réelles.

Influence de l’impédance d’entrée et de charge
L’efficacité réelle du filtre dépend fortement de l’impédance d’entrée. Le signal CPL Linky est toujours injecté par Enedis avec une très faible impédance (~2 ohms).
Dans cette configuration, le filtre n’atténue que faiblement les signaux proches de 30 kHz, fréquences typiques du début de la bande CPL Linky G3.
L’impédance de sortie joue un rôle moindre, mais on observe une meilleure efficacité des filtres la nuit, lorsque peu d’appareils sont branchés et que l’impédance de charge, en aval du filtre, augmente.

Effets secondaires : génération d'un courant avec un contenu riche en harmoniques
Un problème majeur des filtres CPL est la génération d'un courant, même quand aucun appareil électrique (à part le filtre) n'est en fonctionnement.
Lors de tests, un filtre seul branché sur une multiprise a généré un courant de 1,15 A.
Le courant généré par le filtre est aussi riche en harmoniques du 50 Hz, dans la bande allant de 150 Hz à 2000 Hz.
Ces harmoniques du courant proviennent de l'amplification par le filtre CPL des harmoniques de la tension, qui peuvent exister à des niveaux faibles.
Elles dégradent la qualité du courant. Lorsque d’autres appareils, comme une lampe de chevet, sont branchés sur la même multiprise, ces harmoniques se propagent dans tout le circuit, y compris dans la lampe.

Aspects énergétiques et financiers
Heureusement, ces courants supplémentaires, qui sont conséquents (environ 1 ampère par filtre), ne sont pas facturés par Enedis aux particuliers car ils sont déphasés par rapport à la tension. Ils correspondent à une puissance réactive, qui n’est actuellement facturée qu’aux entreprises.
Dans l’exemple étudié, la puissance réactive atteignait 280 VA, ce qui équivaudrait à une consommation annuelle fictive de 2453 kWh, représentant un coût théorique de 427 € par an si elle était comptabilisée (avec le coût du kWh au moment de la réalisation de la présentation).

Conclusion
Les petits filtres CPL peuvent atténuer partiellement les signaux haute fréquence dans le câblage d'une habitation, mais leur efficacité réelle dépend fortement, pour les trames Linky, de l’impédance du réseau dans lequel Enedis injecte ses trames et, dans une moindre mesure, de l'impédance de charge en aval du filtre.
Ces filtres ont l'inconvénient de générer un courant dès qu'ils sont branchés dans une prise, et le courant généré est paradoxalement un courant riche en harmoniques, donc un courant que l'on pourrait qualifier comme appartenant à la dirty electricity.

Petits filtres CPL : échanger de la Dirty Electricity contre un champ magnétique

Dans les installations domestiques, la dirty electricity désigne les hautes fréquences indésirables qui circulent sur le réseau électrique en plus du courant 50 Hz. Elles sont générées par des appareils électroniques ou proviennent de trames CPL (Courant Porteur en Ligne). Elles se propagent dans le câblage et rayonnent sous forme de champs électriques et magnétiques haute fréquence.

Les petits filtres CPL qui doivent être branchés dans les prises électriques sont conçus pour réduire ces hautes fréquences. En théorie, ils rendent le courant plus “propre” et diminuent le rayonnement haute fréquence. Cependant, leur fonctionnement entraîne un effet secondaire souvent méconnu : la création d’un courant supplémentaire (voir aussi cette présentation), qui génère lui-même un champ magnétique. 

Une expérience simple a été menée pour illustrer ce phénomène. Deux situations ont été comparées dans une maison, avec une multiprise connectée au réseau :

• Cas 1 : sans filtre CPL

• Cas 2 : avec un filtre CPL branché sur la multiprise

Dans le Cas 1, les détecteurs de dirty electricity ont mesuré des niveaux élevés, montrant une forte présence de hautes fréquences sur les câbles (1980 mV et 932 unités GS). Cependant, le champ magnétique mesuré par un appareil NFA 1000 était très faible, autour de 5 nanoTesla. Ce champ très faible s’explique par l’absence de courant circulant dans la prise testée.

Dans le Cas 2, un petit filtre CPL de type Graham Stetzer a été branché sur la prise.

• Les détecteurs ont confirmé que la dirty electricity avait fortement diminué, signe que le filtre remplissait bien sa fonction principale.

• Mais, simultanément, le champ magnétique mesuré au niveau du cordon de la multiprise a augmenté de façon spectaculaire, atteignant 741 nanoTesla, soit 148 fois plus que sans le filtre.

Une analyse détaillée des données enregistrées avec le NFA 1000 a révélé que ce champ magnétique n’était pas uniquement lié au 50 Hz. Il contenait plusieurs composantes :

• environ 880 nT à 50 Hz (courant principal),

• environ 120 nT à 150 Hz (harmoniques du 50 Hz),

• et surtout environ 100 nT au-delà de 2 kHz, montrant que le filtre générait lui-même des composantes haute fréquence pour le courant.

Cette expérience met en évidence un effet paradoxal :

• En branchant un filtre CPL, on réduit la dirty electricity présente dans les câbles, ce qui diminue le rayonnement haute fréquence du réseau.

• En contrepartie, le filtre crée un courant propre à son fonctionnement, et ce courant génère un champ magnétique intense autour du point où le filtre est branché.

Ce champ magnétique peut être significatif même lorsque la dirty electricity a été supprimée des câbles (pour rappel, les détecteurs de Dirty Electricity ne mesurent que les fréquences au dessus de 3000 Hz ou 4000 Hz suivant le détecteur utilisé). Il s’étend localement autour du filtre et de la multiprise, créant une nouvelle source de perturbation électromagnétique.

Ainsi, l’installation d’un petit filtre CPL sur une prise électrique ne doit pas être considérée comme une solution neutre.
Elle échange un problème contre un autre :

• • Moins de hautes fréquences sur les câbles,

  • mais plus de champ magnétique, avec des composantes dépassant les 2000 Hz.

En conclusion, cette expérience montre que les petits filtres CPL doivent être utilisés avec prudence. Leur efficacité pour nettoyer les hautes fréquences est réelle, mais leur impact sur les champs magnétiques proches est tout aussi réel.
Pour une bonne protection électromagnétique, il est essentiel de prendre en compte l’ensemble du spectre des champs générés, et pas uniquement la dirty electricity mesurée dans les câbles. 

Il est fortement deconseillé d'installer ces filtres à proximité des endroits où l'on passe le plus de temps comme la tête de lit, le canapé, ou le bureau.

Les Filtres CPL branchés en série à côté du tableau électrique 

Pour conclure sur les filtres