Les connecteurs sont des éléments souvent négligés au sein des systèmes industriels. Il est vrai qu’ils paraissent bien insignifiants à l’échelle d’équipements valant plusieurs millions d’euros, mais leur importance dépasse de loin leur prix : il suffit que l’un d’entre eux devienne défaillant pour s’en rendre cruellement compte. Dans une étude récente réalisée par HelioVolta pour le compte du secteur de l’énergie solaire, plus de 80 % des installations étudiées subissaient des défaillances liées aux connecteurs.[1] Près de la moitié de ces sites ont nécessité une intervention d’urgence, certaines de ces défaillances étant suffisamment graves pour entraîner un arrêt complet de l’installation.
Le présent article de blog vise à mettre en lumière l’importance souvent sous-estimée des connecteurs. Pour ce faire, nous examinerons d’abord les risques qu’impliquent des connecteurs défaillants, puis nous verrons quelles solutions peuvent être mises en œuvre afin de garantir la fiabilité des systèmes industriels.
Bien que l’étude réalisée par HelioVolta porte principalement sur les énergies renouvelables, ses conclusions montrent bien à quel point les connecteurs sont des éléments essentiels de toute installation moderne. On retiendra surtout de cette étude que la plupart des défaillances qu’elle a mises en évidence auraient pu être évitées.
Les équipements modernes sont de plus en plus souvent amenés à fonctionner dans un environnement contraignant ou dans des conditions difficiles, ce qui rend le choix des connecteurs plus important que jamais. Que ce soit pour des applications dans le domaine de l’agriculture intelligente, dans le cadre de systèmes de ressources énergétiques distribuées ou pour satisfaire à la demande croissante de moyens de communication sans fil et par satellite, le déploiement d’équipements sophistiqués dépasse désormais largement le seul cadre de l’environnement protégé d’une usine.
Les connecteurs sont des éléments de première ligne du secteur industriel. Ils doivent être capables de transmettre du courant, des données et des signaux dans des conditions difficiles, par exemple en étant exposés à des vibrations, à la poussière, à l’humidité ou même aux rayons UV du soleil. De tels facteurs environnementaux peuvent porter le coup de grâce à des connecteurs mal conçus ou mal installés. C’est pourquoi il est essentiel d’opter pour des solutions renforcées et adaptées pour garantir les performances globales du système.
Les connecteurs standardisés font partie de l’arsenal de base des concepteurs, mais les normes de qualité ne sont pas les mêmes selon les besoins. Ainsi, le système d’indice de protection IP (ingress protection) permet aux concepteurs de choisir le composant le plus adapté. Ce code est simple : le premier chiffre indique le niveau de protection contre les corps solides, tandis que le second définit la protection contre la pénétration de l’eau (voir figure 1). Pour ces deux paramètres, plus le chiffre est élevé, plus la protection est importante.
Ce système de notation facilite donc grandement le processus de sélection des composants. Pour ce qui est des connecteurs étanches, les indices IP67 et IP68 sont les plus courants, mais la différence entre les deux est non négligeable.
L’indice IP67 suffit à la plupart des applications. Il convient aux équipements exposés à des conditions difficiles, mais il n’est pas suffisant pour des équipements qui subissent des immersions prolongées dans l’eau. Les connecteurs certifiés IP67 sont testés pour résister à une immersion dans l’eau jusqu’à un mètre de profondeur pendant 30 minutes, conformément à la norme CEI 60529. Ces données sont importantes dans la mesure où la pression de l’eau augmente rapidement en fonction de la profondeur d’immersion. Or, les joints d’étanchéité utilisés dans les connecteurs IP67 ne sont pas conçus pour résister de manière prolongée à de telles conditions.
Les composants destinés à être immergés à une plus grande profondeur ou sur des périodes plus longues doivent être dotés de joints d’étanchéité adaptés à ces conditions particulières. C’est justement ce que valide l’IP68 avec une capacité d’immersion prolongée dans l’eau à plus d'un mètre de profondeur. La durée exacte de la protection contre l’intrusion d’eau est généralement indiquée par le fabricant qui aura préalablement réalisé une batterie de tests pour la définir, mais ce qu’il faut surtout retenir est que cette capacité de protection a une incidence sur la conception des composants.
En effet, la conformité aux exigences IP68 exige de modifier la conception de base des connecteurs, ce qui les rend plus chers à fabriquer. Pour choisir au mieux le connecteur le plus adapté à chaque application, il faut avoir une parfaite connaissance des conditions dans lesquelles l’équipement en question devra fonctionner. De fait, lorsque l’immersion profonde ou prolongée dans l’eau ne fait pas partie des conditions normales d’utilisation d’un équipement, opter pour des composants IP68 ne sert à rien d’autre qu’à augmenter le montant de la facture. Bref, la conception d’un composant doit être choisie en fonction de l’environnement auquel il sera confronté.
Même le plus cher des connecteurs se montrera inutile s’il est mal utilisé. D’après les estimations, les dégâts causés par l’eau sont à l’origine de 20 % des pannes électroniques.[2] Or, un connecteur mal installé constitue un énorme point faible à cet égard. Pour obtenir le niveau de protection attendu, il est indispensable de réaliser correctement les raccordements et de suivre scrupuleusement les instructions d’utilisation fournies par les fabricants.
Apparier des connecteurs n’est pas toujours aussi simple qu’il y paraît. Par exemple, les connecteurs filetés doivent être parfaitement alignés pour obtenir une connexion réellement étanche. De même, avant de réaliser une connexion, il importe de vérifier l’absence de poussière, de débris ou même l’usure du joint torique. En effet, c’est le genre de petits oublis et de petites erreurs qui peuvent être à l’origine de graves pannes une fois que le système est mis sous tension.
Dans la plupart des cas, un connecteur non apparié n’empêche en aucun cas le système auquel il est intégré de fonctionner normalement. On pense notamment au port de recharge d’un appareil portatif ou à l’entrée d’une liaison de données que l’on utilise rarement. Seulement – et c’est un fait trop peu connu – de nombreux connecteurs ne sont étanches que lorsqu’ils sont appariés. Lorsqu'ils sont déconnectés, leur protection contre les intrusions n’est pas garantie, sauf pour les modèles installés dans des boîtiers scellés ou équipés de capuchons de protection.
Un bon choix de connecteur commence par un connecteur dont les performances sont en adéquation avec l’environnement d’exploitation de l’équipement. La série M de connecteurs industriels produits par Stewart Connector a été spécialement conçue pour assurer un fonctionnement fiable dans des conditions exigeantes.
Pour les conceptions compactes ou soumises à des contraintes d’espace, les connecteurs et câbles M5 à codage A possèdent une interface étanche et robuste qui convient parfaitement aux petits capteurs et autres dispositifs embarqués. Ils sont adaptés aux conceptions denses, car ils permettent de gagner de l’espace pour intégrer d’autres composants, par exemple sur un petit circuit imprimé ou dans un boîtier compact. Les niveaux d’étanchéité et de résistance aux vibrations des connecteurs M5 garantissent à la fois leur fiabilité et leur durabilité, sans sacrifier l’une ou l’autre.
Pour les applications qui exigent davantage de flexibilité, les connecteurs M8 s’avèrent un choix judicieux (voir figure 2). Également disponibles avec codage A, ils peuvent être utilisés pour la transmission de signaux, de données ou de courant basse tension dans des systèmes mobiles, des panneaux industriels et des unités de contrôle distribuées. Des capuchons antipoussière en métal sont également disponibles pour assurer l’étanchéité des connecteurs lorsqu’ils ne sont pas appariés.
Très populaires, les connecteurs M12 sont conçus pour les installations exigeantes qui réclament un débit de données ou une puissance plus élevés. Les modèles à codage D sont utilisés pour l’Ethernet et le transfert de données dans des applications d’automatisation industrielle ainsi que dans les usines intelligentes, tandis que les modèles à codage K supportent un courant élevé pour les actionneurs, les moteurs et l’alimentation d’équipements robustes. Les connecteurs M12 allient résistance mécanique et protection contre la pénétration d’eau pour une fiabilité optimale dans des conditions difficiles comme en extérieur ou dans un environnement exposé à de fortes vibrations.
Tous les produits Stewart Connector de la série M sont assortis d’un indice de protection IP afin de garantir un niveau de protection contre les conditions environnementales cohérent à travers toute la gamme. Les concepteurs disposent ainsi de toute la flexibilité nécessaire pour créer des systèmes modulaires et évolutifs sans concéder sur la fiabilité.
Un connecteur défaillant peut causer des problèmes de fonctionnement et de sécurité dont la gravité est sans commune mesure par rapport au coût modique du composant. Le pire étant que la plupart de ces défaillances pourraient être évitées.
Il suffirait pour cela de commencer à considérer les connecteurs comme des composants essentiels dès les premières étapes du développement d’un produit. Choisir un connecteur adapté à l’application et dont on s’est assuré des performances permet d’éviter bien des pannes.
On ne répétera jamais assez que même le système le plus robuste ne sera jamais plus robuste que son composant le plus faible. De même, un connecteur mal apparié ou mal entretenu présente tout autant de risques de défaillance qu’un connecteur inadapté. Il s’agit donc de bien comprendre son application pour choisir judicieusement son connecteur.
[1] https://www.heliovolta.com/resources/connector-white-paper [2] https://ieeexplore.ieee.org/document/5422477
David Pike s’est fait un nom dans le monde de l’interconnexion en se distinguant par sa passion, mais aussi par son côté geek. Son pseudo est Connector Geek.
Le portefeuille de produits Stewart Connector fourni par Bel comprend l'une des plus larges gammes de connectivités Ethernet. Les produits d'interconnexion de la société comprennent des prises passives, des fiches et des faisceaux de câbles qui fournissent des connectivités pour les équipements de mise en réseau.