Foire aux questions : Quelles sont les exigences de taux de fuite nécessaires pour satisfaire à l’indice de protection IPX7?

De nombreux composants électroniques sont classés selon un certain degré de protection contre les intrusions. Les pièces qui sont susceptibles d’entrer en contact avec l’eau sont souvent classées IPX7, c’est-à-dire que la pièce doit résister à l’immersion à une profondeur de 1 m d’eau et ne pas permettre une pénétration d’eau suffisamment importante pour provoquer un dysfonctionnement ultérieur de la pièce.

Pour la production de ces composants, la question se pose de savoir à quel taux de fuite une pièce doit être testée lorsqu’elle est classée IPX7.

Pour répondre à cette question, il faut d’abord comprendre le mode de défaillance de ces pièces. Lors d’une immersion à une profondeur de 1 m d’eau, la pression de l’eau à 1 m de profondeur est de 1,11 bar. La pression de l’eau est la force motrice qui force l’eau dans n’importe quelle géométrie de fuite donnée. Cependant, pour les très petites fuites, la tension superficielle de l’eau empêchera l’eau de « s’écouler » dans une géométrie de fuite. Par exemple, nous avons tous vu une goutte d’eau pendre au robinet sans tomber.

Pour calculer la taille de trou la plus grande qui sera obstruée par l’eau sans la laisser passer, des hypothèses doivent être émises :

1. Nous supposons que la voie de fuite est « idéale », c’est-à-dire qu’elle est circulaire et que sa longueur est grande par rapport à son diamètre.
2. Nous supposons que la pression à l’intérieur du composant est à la pression atmosphérique, la pression de l’eau à 1 m de profondeur étant de 1,11 bar.
3. Nous supposons que la pièce et l’eau sont à température ambiante.
4. Nous supposons que l’eau est pure, sans aucun contaminant.
5. Nous différencions les différentes combinaisons de matériaux :
   • Eau / aluminum
   • Eau / acier
   • Eau / plastique

Matériau du boîtier	Angle de contact de l’eau	Le diamètre de taux de fuite le plus grand qui ne laisse pas passer l’eau
Aluminum	9°	5 µm
Acier	90°	29 µm
PVC	40°	19 µm
PE	78°	28 µm
PC	81°	29 µm
ABS	83°	29 µm

Selon ces hypothèses, il est possible de calculer le plus grand diamètre d’une fuite qui sera complètement rempli d’eau sans la laisser passer par les angles de contact (α) pour les différentes combinaisons de matériaux.

À partir du diamètre le plus grand qui va encore s’obstruer, nous pouvons maintenant calculer les taux de fuite pour différentes longueurs de la voie de fuite (équivalente à l’épaisseur de la paroi du boîtier du composant). Le graphique ci-dessous montre la relation entre l’épaisseur de paroi du boîtier du composant et le taux de fuite équivalent pour différentes combinaisons de matériaux à une pression extérieure de 1,11 bar et à une pression intérieure de 1 bar. Le taux de fuite correspondant pour l’hélium à 100 % est inférieur d’environ 7 % (en dessous de la résolution du graphique suivant).

Les limites de taux de fuite ci-dessus sont pour les conditions idéales mentionnées plus haut. Dans la pratique, plusieurs différences peuvent être observées par rapport à l’analyse théorique :

• Les fuites réelles n’ont généralement pas la géométrie idéale de voie de fuite, mais présentent des diamètres et profils variables qui empêchent l’écoulement idéal dans la voie.
• Les fuites réelles ne sont généralement pas idéalement rectangulaires par rapport à la paroi du boîtier du composant et ont donc une voie de fuite plus longue
• Les applications réelles n’utilisent pas d’eau distillée mais de l’eau de pluie contenant des impuretés

Par conséquent, les exigences réelles de tests de fuites sont légèrement moins strictes que les limites théoriques. En règle générale, les taux de fuite requis pour IPx7 peuvent être résumés en deux classes :

• Les boîtiers en plastique et en acier qui doivent satisfaire à la norme IPx7 doivent être testés pour des taux de fuite de l’ordre de 5*10^-3 mbar l/s
• Les boîtiers en aluminium doivent être testés pour des taux de fuite autour de 1*10^-5 mbar l/s.