Connecteurs industriels étanches : principes de base et conseils de sélection
La protection des interfaces électromécaniques contre les liquides est l’une des exigences fondamentales de l’électronique dans l’automatisation et les procédés industriels. Cependant, le terme « étanche » est une question d’interprétation. Selon l’application, différents degrés de résistance aux liquides peuvent être requis pour chaque connexion électrique. Cet article passe en revue les principes de base de la connectique étanche et donne des pistes pour faire le bon choix.
Par David Phillips, directeur des ventes à l’international de Binder, article adapté par Pascal Coutance
Étanche. Ce qualificatif familier suggère la résistance totale d’un objet aux effets de l’humidité – par exemple sous forme de brouillard ou de pluie – et à l’immersion dans des liquides. Cependant, nous savons tous de par notre propre expérience personnelle qu’il n’existe généralement qu’une protection relative, par exemple d’une montre, d’un appareil photo ou d’un smartphone, dont les spécifications ne permettent une immersion qu’à une profondeur limitée ou à une certaine pression hydrostatique maximale. Pour les utilisateurs de produits de connectivité électrique industrielle, il est évident que l’on peut transférer cette expérience aux scénarios d’application pour les connecteurs, par exemple dans la technologie des procédés industriels. La protection des interfaces contre les liquides est ici une exigence essentielle, tant d’un point de vue fonctionnel que d’un point de vue de la sécurité.
Dans les procédés industriels, la protection des connexions électromécaniques contre l’humidité et l’eau est une exigence essentielle. Photo: ©agnormark – stock.adobe.com / Photo: ©Mulderphoto – stock.adobe.com
Pour assurer l’étanchéité globale d’un système électromécanique, les connecteurs revêtent une importance particulière dans l’électronique industrielle. D’une part, ils doivent pouvoir être branchés et débranchés de nombreuses fois et, d’autre part, selon l’application visée, la connexion doit empêcher de manière fiable la pénétration de fluides lorsque les deux parties des connecteurs sont couplées.
Le degré de résistance requis – et donc l’interprétation correcte du qualificatif « étanche » – est indissolublement lié aux circonstances de l’application en question : alors que les connecteurs ne sont pas en contact direct avec l’humidité dans de nombreuses tâches d’automatisation, il existe des applications spécifiques où ils sont exposés à des éclaboussures d’eau ou doivent même résister à une submersion temporaire. En particulier dans les environnements exigeants en matière d’hygiène, les connecteurs peuvent être traités sous haute pression à des fins de nettoyage. Dans de tels cas, des considérations de conception spéciales sont essentielles pour assurer une transmission fiable du signal et de la puissance.
Étiquetage standardisé : degré de protection et code IP
Figure 1: La connectique M12 est largement utilisée dans le domaine de l’automatisation, par exemple pour le câblage capteur-actionneur ; les connecteurs mâles et femelles câblés sur site offrent une flexibilité lors de l’installation. Photo: binder
Le degré de résistance à l’humidité et aux liquides est indiqué dans les fiches techniques des produits des fabricants de connecteurs. La spécification technique correspondante fait référence au degré de protection; il détermine sous quelles influences environnementales – contact physique ainsi que pénétration de particules et d’eau – le connecteur peut être utilisé. Conformément aux normes DIN EN 60529 et ISO 20653, le degré de protection est spécifié au moyen d’un code IP (International Protection) qui, dans le cas des connecteurs, n’est généralement valable que lorsque ceux-ci sont accouplés. Les exemples ci-dessus correspondent aux degrés de protection IP67 – protection contre l’immersion temporaire – et IP68/69K – protection contre l’immersion permanente ou l’exposition à la haute pression. Étant donné que les normes ne définissent pas de manière claire et obligatoire des critères tels que « temporaire » ou « permanent », il est conseillé aux fabricants de fournir des informations plus précises à leurs clients.
Figure 2: Grâce à un couvercle en plastique à ressort, les connecteurs NCC (Not Connected Closed) de la série 770 sont protégés des particules et des projections d’eau même lorsqu’ils sont débranchés. Photo: binder
Dans la pratique, une connaissance insuffisante de la norme DIN EN 60529 ou ISO 20653 conduit souvent à l’hypothèse erronée qu’un nombre élevé dans le code IP signifie nécessairement une meilleure protection. Ce qui n’est pas forcément vrai. Pour s’en convaincre, il est important de savoir que le premier chiffre du code fait référence à la pénétration de particules solides, telles que la poussière, tandis que le second chiffre indique la protection contre l’humidité et l’eau. Ainsi, un produit classé IP64 ne peut pas être considéré comme « mieux protégé » en général par rapport à un produit IP55. Certes, le premier peut être davantage exposé aux particules, c’est-à-dire qu’il est étanche à la poussière, mais il ne peut résister qu’aux éclaboussures d’eau, tandis que le second peut être exposé aux jets d’eau sous n’importe quel angle.
Les deux chiffres pour les particules et l’humidité/l’eau peuvent être suivis de lettres de code dans les troisième et quatrième positions pour indiquer plus précisément le degré de protection. Par exemple, un K (comme dans IP69K) représente l’équipement des véhicules routiers; un B pour un risque d’accès aux parties actives dangereuses avec un doigt.
Figure 3: Miniaturisés et étanches IP67 : les séries 620 et 720 avec joint torique côté femelle et joint dans la zone de serrage – Photo: binder
Il est également important de souligner que le degré de protection IP se réfère uniquement à la protection de l’équipement et de ses composants. Il n’apporte aucune indication sur la protection des personnes qui interagissent avec cet équipement. Les mesures de sécurité des utilisateurs sont définies dans la classe dite de protection, qui ne fait pas l’objet de cet article.
Étanche, dans le contexte industriel
En plus des paramètres électriques tels que le courant et la tension nominales, la surtension ou la résistance de contact, des paramètres importants pour l’installation tels que la densité d’intégration et le degré de miniaturisation – et par conséquent la conception d’un connecteur – sont des critères de sélection généraux. Au-delà de cela, cependant, il est nécessaire d’évaluer les caractéristiques particulières de l’environnement de l’application. L’interface est-elle exposée à des charges mécaniques telles que des chocs ou des vibrations ? Faut-il prendre des précautions contre les influences des ensembles électroniques haute fréquence adjacents, contre les risques d’incendie ou d’explosion ? Ou une connexion qui doit être accouplée et désaccouplée nécessite-t-elle fréquemment des considérations de conception spéciales afin de supporter de nombreux cycles d’accouplement ? Les réponses à ces questions et à des questions similaires conduisent l’utilisateur à des caractéristiques du produit telles que le système de verrouillage, le blindage électromagnétique et les matériaux de contact, qui influencent nécessairement la décision d’achat.
Figure 4: Connecteurs de câble de la série 763 conformes à la norme IP68 dans différentes configurations – Photo: binder
Le fait que les connecteurs doivent – d’une manière initialement non-définie – résister à la pénétration de particules et d’humidité ou de liquides est une exigence standard dans l’industrie. Mais comme expliqué ci-dessus, le degré de protection nécessaire dépend des détails des applications visées. Comme celles-ci vont des interfaces de mesure et de contrôle dans l’automatisation industrielle, jusqu’à l’utilisation clinique de l’instrumentation médicale, en passant par l’industrie agroalimentaire, les exigences relatives aux connecteurs « étanches » peuvent varier considérablement. Surtout dans ces deux derniers cas d’usage, les produits sont exposés à une charge d’humidité particulière résultant des processus de stérilisation et de nettoyage.
Exemples de produits IP67 et IP68/69K
binder propose des technologies de connexion allant de la norme IP40 à IP68/69K, une grande partie de la gamme de connecteurs répondant aux exigences IP67 et supérieures. Ces derniers ciblent par conséquent des applications telles que l’automatisation industrielle, la construction, l’agriculture, l’agro-alimentaire ou les équipements médicaux. A titre d’exemples, tous les connecteurs M12 de binder sont résistants à l’humidité et à l’eau conformément aux normes IP67, et beaucoup sont également résistants selon les degrés IP68/69K. Les variantes résistantes à la corrosion sont équipées de bagues filetées en acier inoxydable ou en plastique (Figure 1). Alors que l’IP67 garantit la sécurité d’application dans une humidité occasionnelle, sans exigences plus élevées, les produits les plus résistants, selon le degré de protection et le matériau, peuvent également résister aux conditions météorologiques, dans le cas d’une utilisation extérieure, ainsi qu’à une immersion à de plus grandes profondeurs, aux jets d’eau à haute pression et au nettoyage par agents agressifs.
Figure 5: Série HEC de connecteurs pour extérieur conformes IP68/IP69K – Photo: binder
Le portefeuille IP67 comprend également des fiches et prises M12 qui peuvent être assemblées. La technologie de connexion avec protection IP67, telle que le NCC (Not Connected Closed) de la série 770 de binder (Figure 2), est recommandée, par exemple, pour une utilisation dans les terminaux portables, les équipements médicaux et les ensembles d’éclairage à Led. Équipés d’un verrouillage à baïonnette et conçus pour plus de 5000 cycles de connexion/déconnexion, ces produits se caractérisent par un détail de conception particulier. Un couvercle en plastique à ressort à l’intérieur de leur boîtier enferme les contacts lorsqu’ils ne sont pas accouplés, cela afin qu’ils soient protégés non seulement contre les particules et les projections d’eau, mais également contre les chocs mécaniques provenant de l’extérieur.
Les séries dites subminiatures et miniatures 620 et 720, lorsqu’elles sont accouplées, répondent également aux critères IP67 (Figure 3). A cet effet, ces connecteurs sont équipés d’un joint torique côté femelle ainsi que d’un joint dans la zone de serrage. Malgré leurs éléments encliquetables sensibles, les connecteurs résistent à plus de 1000 cycles de raccordement. Ils conviennent également aux équipements médicaux; d’autres applications possibles incluent les équipements de métrologie, l’éclairage industriel ou les sièges chauffants dans les stades.
Figure 6: Série 713, IP68 : les capuchons de protection protègent les contacts des intempéries dans les applications extérieures. Photo: binder
Tous les connecteurs de câble moulés de la série 763 (Figure 4) comprenant des câbles de signal et de capteur ainsi que des bagues filetées en plastique résistant aux fluides et à la température, sont étanches au degré de protection IP68 lorsqu’ils sont accouplés. La protection IP68/IP69K est obtenue pour les connecteurs à verrouillage rapide à baïonnette de la série HEC, conçus pour un usage en extérieur (Figure 5). Les exemples d’application comprennent l’éclairage de tunnel pour les environnements très humides, les sondes de mesure sous-marines et les lignes d’alimentation pour les pompes submersibles. Les connecteurs HEC sont également largement utilisés dans les machines agricoles et dans les machines à souder portables. Les versions pour extérieur et en acier inoxydable de la série 713 (Figure 6) sont également conformes au degré de protection IP68/69K. Les versions pour extérieur sont fabriquées en plastique adapté à cet usage et sont équipées de capuchons de protection qui préservent les connecteurs de signal des effets des intempéries lors d’une utilisation en extérieur. Les produits en acier inoxydable sont, eux, particulièrement résistants aux agents agressifs.
Les versions de la série binder 763 dédiées à l’agro-alimentaire et les variantes en acier inoxydable de la série 713 sont protégées selon le degré IP69K. Les connecteurs M12 conviennent, par exemple, pour connecter des capteurs qui surveillent les paramètres des procédés dans les usines d’embouteillage. En général, ils sont destinés à être installés dans des machines et des systèmes qui sont nettoyés avec des nettoyeurs haute pression et des produits de nettoyage agressifs.
