ESD selon IEC 61000-4-2: méthode et niveaux de test

Auteur Hugues Orgitello Mis à jour le 3 juillet 2026 ~15 min de lecture

Guide · Immunite EMC

L'essai d'immunité aux decharges électrostatiques selon IEC 61000-4-2 est l'un des essais EMC horizontaux les plus referenes par les normes produit: EN 55035 (multimédia), EN 60601-1-2 (medical), EN 61000-6-1 et 6-2 (générique), et la grappe des normes industrielles, ferroviaires et batiment. L'essai simule le courant transitoire produit par un opérateur charge electrostatiquement qui touche l'équipement. Cette page expose le cadre normatif (édition 2.0:2008, supercédée par l'édition 3.0:2025), les modeles ESD (HBM composant vs simulateur 61000-4-2), les niveaux contact et air, le matériel d'essai, les critères A/B/C, l'articulation avec ISO 10605 et IEC 60601-1-2, et les pieges en préparation de campagne.

Le phénomène ESD et pourquoi on le teste

Une decharge électrostatique est un transfert brutal de charges entre deux objets a des potentiels électriques différents. Un opérateur qui marche sur un sol synthétique accumule typiquement 4 a 15 kV par triboélectricité, selon l'humidité ambiante et la nature du revetement. Quand cet opérateur touche un équipement métallique, le potentiel s'egalise en quelques nanosecondes, avec un courant pic qui depasse la dizaine d'amperes.

Le risque pour l'équipement est double. D'une part, le courant rayonne un champ électromagnétique a large bande (continu jusqu'a 1 GHz environ), qui se couple aux pistes du PCB et aux cables internes. D'autre part, si le chemin de retour vers la masse est mal défini, le courant traverse l'électronique et peut détruire une jonction de transistor ou faire commuter un registre logique. L'essai IEC 61000-4-2 vise a vérifier qu'un produit place en environnement réaliste survit a ces evenements sans dégradation permanente, et idéalement sans perte de fonction temporaire.

Pourquoi un essai normalise plutôt qu'un essai sur site

Les decharges naturelles varient en amplitude, en durée de montée, et en chemin de retour. Pour comparer des produits entre eux et entre laboratoires, il faut un signal de reference reproductible. IEC 61000-4-2 specifie un pistolet de decharge equipe d'un réseau RC de 150 pF / 330 ohm: 150 pF approxime la capacité du corps humain par rapport a la masse, 330 ohm reproduit l'impedance moyenne d'un bras tendu en contact avec une surface conductrice. Le courant résultant a une montée de 0,7 a 1 ns, un pic d'environ 7,5 A pour 4 kV contact, et une queue exponentielle avec constante de temps de 50 ns environ.

Cette forme d'onde n'est ni la pire ni la plus courante, mais elle est repetable et accepte par toutes les normes produit qui référencent l'immunité ESD. Voir Tests CE pour le cadre EMC général en UE.

Les modeles ESD: pourquoi il y en a plusieurs

Une confusion frequente concerne les différents modeles ESD utilises dans l'industrie. Trois familles co-existent, chacune avec son objet d'essai et son matériel.

HBM, MM, CDM: au niveau composant

Le HBM (Human Body Model, ANSI/ESDA/JEDEC JS-001) evalue la robustesse d'un composant nu en silicium pendant la qualification usine. Réseau 100 pF / 1,5 k ohm, courant pic environ 1,3 A pour 2 kV. Les classes courantes vont de 0A (250 V) a 3B (8 kV); un microcontrôleur grand public est typiquement qualifie 2 kV HBM. Le MM (Machine Model, ESDA STM5.2, retire 2018) simulait la decharge d'un outil charge. Le CDM (Charged Device Model, ANSI/ESDA/JEDEC JS-002) simule un composant lui-même charge touchant une masse. Ces trois modeles s'appliquent au silicium, pas au produit fini.

IEC 61000-4-2, produit fini

IEC 61000-4-2 evalue le produit complet sous tension, dans sa configuration d'usage. Son réseau 150 pF / 330 ohm et son courant pic d'environ 7,5 A pour 4 kV ne sont pas équivalents aux modeles composant. Un produit qui passe niveau 4 (8 kV contact) ne dit rien sur la qualification HBM des composants qui le constituent, et inversement un composant HBM 2 kV peut survivre dans un produit niveau 4 si le PCB et le boîtier redirigent le courant ESD avant qu'il n'atteigne le silicium.

Tableau comparatif

Modele	Norme	Reseau RC	Courant pic typique	Objet d'essai	Phase
HBM	JS-001	100 pF / 1,5 k ohm	~1,3 A a 2 kV	Composant nu	Qualification silicium
MM	STM5.2 (retire 2018)	200 pF / 0 ohm	~3 A a 200 V	Composant nu	Historique, peu utilise
CDM	JS-002	Varie selon package	~7 A a 500 V	Composant nu	Qualification silicium
IEC 61000-4-2	IEC 61000-4-2	150 pF / 330 ohm	~7,5 A a 4 kV contact	Produit complet	Certification produit
ISO 10605	ISO 10605	150 pF/330 ohm ou 330 pF/2 k ohm	Varie selon configuration	Equipement automobile	Certification produit

Voir le glossaire pour les définitions des sigles ESD.

Niveaux de test contact et air

La norme définit quatre niveaux de sévérité pour chacun des deux modes de decharge. Le niveau applicable est specifie par la norme produit qui reference IEC 61000-4-2.

Decharge contact

Niveau	Tension d'essai	Cas d'usage typique
1	2 kV	Environnement faiblement perturbe, salle climatisée ESD-controlee
2	4 kV	Environnement industriel modere, équipement de bureau
3	6 kV	Environnement industriel sévère
4	8 kV	Environnement industriel hautement perturbe, extérieur
X	Specifie par la norme produit	Cas particulier

EN 55035 impose pour les multimédias grand public le niveau 4 en decharge contact (8 kV). EN 60601-1-2 demande également 8 kV contact pour les dispositifs medicaux. EN 61000-6-2 (immunité industrielle) demande 6 kV contact (niveau 3).

Decharge air

Niveau	Tension d'essai	Cas d'usage typique
1	2 kV	Environnement faiblement perturbe
2	4 kV	Environnement modere
3	8 kV	Environnement sévère
4	15 kV	Environnement hautement perturbe
X	Specifie par la norme produit	Cas particulier

EN 55035 impose pour les multimédias grand public le niveau 4 en decharge air (15 kV). EN 60601-1-2 demande également 15 kV air pour les dispositifs medicaux. EN 61000-6-2 demande 8 kV air (niveau 3).

Pourquoi air va plus haut que contact

La decharge contact se fait par électrode métallique posée sur le point d'essai: le transfert de charge est integral. La decharge air procede par amorçage entre une électrode en pointe et le point d'essai: le transfert dépend de l'humidité, de la température, de la vitesse d'approche, et une fraction de l'énergie est perdue dans l'arc. A même niveau de tension, le courant injecte est inférieur en air. Pour obtenir une sévérité comparable en air, la norme demande des tensions plus élevées: 15 kV air est approximativement équivalent en effet a 8 kV contact, sans que la correspondance soit exacte.

§ § §

Materiel d'essai et configuration

Une campagne IEC 61000-4-2 mobilise un équipement spécifique, peu interchangeable avec d'autres essais EMC.

Le pistolet ESD

Le pistolet ESD (ESD gun) est l'instrument central. Il integre le réseau RC de charge 150 pF / 330 ohm, un module haute tension réglable de 0,2 a 30 kV typiquement, et deux embouts interchangeables: pointe ronde 8 mm pour la decharge contact, pointe conique pour la decharge air. Les fabricants de reference sont EM TEST (modeles dito et ESD30), Teseq/Ametek (modeles NSG 437 et 438), Haefely Hipotronics, Thermo Fisher Keytek. Tous ont des certificats de calibration ISO/IEC 17025 et un cycle de calibration annuel obligatoire.

Le plan de masse de reference

L'EUT est pose sur une table en bois non conductrice de 0,8 m de hauteur, posée elle-même sur un plan de masse de reference (Ground Reference Plane, GRP). Le GRP est une feuille métallique d'au moins 1 m x 1 m, dépassant l'EUT d'au moins 0,5 m de chaque cote, et raccordée a la prise de terre de sécurité du local. Le pistolet ESD a son cable de retour relie au GRP par un connecteur de faible inductance.

Les plans de couplage horizontal et vertical

Pour les decharges indirectes, deux plans métalliques sont ajoutes a la configuration.

• Le HCP (Horizontal Coupling Plane) est une plaque métallique de 1,6 x 0,8 m posée sur la table sous l'EUT (l'EUT étant lui-même isole du HCP par une feuille isolante de 0,5 mm). Le HCP est raccorde au GRP par deux résistances de 470 k ohm en serie. Les decharges sur le HCP sont appliquées a 10 cm du bord proche de l'EUT.
• Le VCP (Vertical Coupling Plane) est une plaque métallique 0,5 x 0,5 m, raccordée au GRP par deux résistances de 470 k ohm. Le VCP est positionne a 10 cm de chaque face verticale accessible de l'EUT, successivement: face avant, face arriere, face gauche, face droite, face supérieure si accessible.

Les decharges indirectes (sur HCP et VCP) testent le couplage du champ ESD a l'EUT par les cables et par induction directe, scenario plus réaliste qu'une decharge directe quand l'EUT est protege par un boîtier métallique etanche.

Schema de la configuration

                              ESD gun
                                |
                                v
                   +---[ EUT en marche ]---+
                   |  (sur isolant 0,5 mm) |
                   |                       |
                   +-----+---HCP plate----+-----+
                         |   (1,6 x 0,8 m) |
                         |                 |
                         |  >> 2x 470 kohm |
                         |                 |
   VCP plate             |                 |
   (0,5 x 0,5 m)         |                 |
   a 10 cm de l'EUT      |                 |
   >> 2x 470 kohm        |                 |
                         |                 |
       +-----------------+-----------------+---------+
       |       Ground Reference Plane (GRP)          |
       |       (>= 1 x 1 m, raccorde a la terre)     |
       +---------------------------------------------+
                              |
                            Earth

Conditions d'ambiance

L'humidité relative de la salle d'essai doit être entre 30 et 60 %, et la température entre 15 et 35 degrés Celsius. Hors de cette plage, la repetabilite chute, en particulier en decharge air. Le rapport d'essai consigne l'humidité et la température toutes les heures.

Selection des points et procédure de decharge

La procédure consiste a identifier tous les points accessibles a l'utilisateur en usage normal et en maintenance, puis a appliquer les decharges selon une séquence ordonnee.

Selection des points d'essai

Le plan d'essai identifie typiquement les catégories suivantes:

• Points conducteurs accessibles: visserie métallique apparente, blindage de connecteur, périphérique métallique. Decharge contact.
• Points non conducteurs accessibles: écran (verre), face avant en plastique, boutons en plastique. Decharge air.
• Plans de couplage: HCP et VCP. Decharge contact sur le plan (jamais sur l'EUT directement par cette voie).

Sur un équipement de bureau type, on selectionne de 10 a 30 points. La justification de la sélection figure dans le rapport.

Procedure et intervalle

Pour chaque point d'essai et chaque polarité (+ et -), au moins 10 decharges successives sont appliquées, avec un intervalle minimum de 1 seconde entre decharges au même point. L'EUT execute son logiciel applicatif typique pendant les essais (par exemple, un équipement audio joue un fichier de test; une passerelle réseau pousse un flux de paquets).

Verification entre essais

Apres chaque salve de 10 decharges, l'observateur verifie que l'EUT fonctionne toujours selon le critère applicable (A, B ou C). Si une perte de fonction non récupérable apparaît (critère C non atteint), l'essai s'arrete et le défaut est consigne avec le numéro de la decharge, le point, la polarité, et le niveau.

Criteres de performance A, B et C

C'est le coeur de l'évaluation: la simple survie physique de l'EUT ne suffit pas, encore faut-il que la fonction soit préservée selon une catégorie clairement specifiee.

Critere A: pas de dégradation pendant ni apres

L'EUT continue de fonctionner normalement pendant l'essai et apres. Aucune dégradation observable de la fonction principale n'est tolere: pas de glitch sur la sortie, pas d'erreur de communication, pas de remise a zéro d'un compteur interne. C'est le critère le plus exigeant, applique typiquement aux fonctions critiques de sécurité (alarme, arrêt d'urgence) et aux fonctions de communication temps réel (transmission d'un protocole industriel).

Critere B: dégradation temporaire, auto-récupération

L'EUT peut présenter une dégradation temporaire pendant l'essai (interruption brève de la communication, pixel rouge sur l'écran, erreur de mesure d'une seconde), mais il doit récupérer seul, sans intervention de l'utilisateur, des la fin de la perturbation. Critère typique des fonctions secondaires d'un équipement multimédia ou d'une fonction de visualisation.

Critere C: dégradation, récupération par intervention utilisateur

L'EUT peut subir une perte de fonction qui necessite une intervention manuelle pour être rétablie: reset, redémarrage, reconnexion d'un cable. C'est le critère le moins exigeant, autorise pour des fonctions non essentielles.

Choix du critère selon la norme produit

Norme produit	Critere applicable pour les decharges directes
EN 55035 (multimédia)	A pour les fonctions principales, B pour les fonctions secondaires
EN 60601-1-2 (medical)	A ou B selon le risque patient (analyse risque cliniquement)
EN 61000-6-1 (résidentiel/commercial générique)	B
EN 61000-6-2 (industriel générique)	A pour les sorties critiques, B pour le reste
EN 50155 (ferroviaire embarque)	A pour les fonctions de sécurité, B pour le reste

Pour une définition de chaque critère, voir Tests RED qui traite l'application des critères en certification radio, et Tests CE pour le cadre EMC général.

ISO 10605 pour l'automobile

L'automobile utilise sa propre norme ESD, ISO 10605, qui partage la philosophie de IEC 61000-4-2 mais avec des parametres adaptes au contexte vehicule.

Deux réseaux RC selon le scenario

ISO 10605 reconnaît deux scenarios de decharge avec des réseaux RC distincts:

• Decharge utilisateur sur cabine: réseau 150 pF / 330 ohm, identique a IEC 61000-4-2. Niveaux contact 4, 6, 8 kV; niveaux air 8, 15, 25 kV.
• Decharge en condition assemblage (faisceau, connecteur ouvert): réseau 330 pF / 2 k ohm, qui simule la decharge d'un opérateur portant un bracelet ESD partiellement défectueux pendant l'assemblage. Niveaux contact 4, 6, 8 kV; niveaux air 8, 15, 25 kV.

Niveaux montant a 25 kV air

ISO 10605 monte jusqu'a 25 kV en decharge air, contre 15 kV pour IEC 61000-4-2. Cette extension reflete les tensions d'accumulation triboélectrique plus élevées rencontrées dans l'automobile (vêtements synthétiques, sièges textile, climat habitacle sec en hiver). Un produit automotive doit être conçu pour 8 kV contact et 25 kV air pour la decharge utilisateur, plus des essais d'assemblage en parallele.

Differences procédurales

ISO 10605 demande typiquement 3 decharges par polarité et par point (vs 10 pour IEC 61000-4-2), avec un intervalle minimum entre decharges de 5 secondes. Le scenario d'assemblage exige souvent un protocole de pre-conditionnement (decharge initiale a 8 kV pour stabiliser le matériau).

Voir AEC-Q100/Q101 pour la robustesse ESD au niveau composant automobile.

IEC 60601-1-2 pour le medical

Le medical applique IEC 61000-4-2 avec deux spécificités: les niveaux sont généralement les plus eleves (8 kV contact, 15 kV air, soit niveau 4), et le critère de performance doit être formalise par une analyse de risque clinique selon ISO 14971. Si la perte temporaire d'une fonction de monitoring patient peut causer un dommage clinique, le critère applicable bascule de B a A. Le dossier doit démontrer la cohérence entre l'analyse de risque et le critère choisi pour chaque fonction de l'équipement.

Les dispositifs implantables actifs (stimulateurs cardiaques, neurostimulateurs) sont en outre testes selon ISO 14708-3 avec des niveaux ESD plus eleves et des protocoles spécifiques, hors périmètre de cette page.

Pieges classiques en préparation de campagne

Cinq erreurs reviennent dans les comptes rendus d'échecs ESD au premier passage.

1. Calibration du pistolet périmée ou hors plage. Le pistolet ESD doit être calibre annuellement contre une cible coaxiale (target) qui mesure le courant de decharge a la masse. Un pistolet hors calibration peut afficher 8 kV mais délivrer 6 ou 10 kV reels. La verification figure dans le certificat fourni par le laboratoire avant la session.

2. Intervalle entre decharges insuffisant. Les pistolets a recharge rapide peuvent enchaîner 5 a 10 decharges par seconde. La norme demande 1 seconde minimum, parce que certaines défaillances cumulent les contraintes thermiques sur les TVS et les varistances. Répéter trop vite donne des résultats artificiellement optimistes (le composant n'est pas en régime thermique stable) ou pessimistes (cumul de stress non réaliste). Le laboratoire doit imposer un intervalle controle.

3. Configuration HCP/VCP absente ou mal montée. Tester un EUT sans HCP ni VCP fait passer la decharge directement sans tester le couplage indirect, et donne une couverture incomplete. Le rapport doit démontrer la présence des deux plans et leur raccordement par les résistances de 470 k ohm. Voir Pieges CE pour les anomalies de rapport EMC.

4. Cables enroules ou mal positionnes. L'arrangement des cables d'alimentation et de signaux modifie l'inductance et la capacité parasite qui forment le chemin du courant ESD. Tester avec les cables enroules sous la table puis livrer le produit avec les cables deroules au mur cree un écart qui peut faire échouer le produit en surveillance de marche. La configuration de cables doit être photographiée et archivee.

5. EUT éteint ou en veille pendant l'essai. L'essai doit se dérouler avec l'EUT en marche, exécutant son logiciel applicatif. Un EUT teste éteint passe trivialement: il ne peut pas perdre une fonction qu'il n'execute pas. Le plan d'essai doit spécifier le mode de fonctionnement (boucle de test, lecture audio, transmission réseau) et le critère d'observation associe.

Conception robuste a l'ESD

La conformité ne se decide pas au laboratoire mais en amont, sur le PCB et le boîtier. Les diodes TVS (Transient Voltage Suppressor) montées au plus pres des entrées et sorties redirigent le courant ESD vers la masse avant qu'il n'atteigne les composants sensibles. Une TVS de 5 V de déclenchement et 30 W dissipable convient pour une entrée USB ou Ethernet. Les éclateurs a gaz (GDT) servent en première ligne sur les ports a très haut niveau de menace.

Le chemin de retour du courant ESD doit être court et de faible impedance: masse continue sous les signaux sensibles, vias de masse autour des points d'entrée, et séparation des pistes ESD-collectrices des pistes de signal numérique rapide. Un boîtier métallique relie a la terre de sécurité est une protection majeure puisqu'il intercepte la decharge avant qu'elle n'atteigne l'électronique. Les boîtiers plastiques exigent en compensation des protections circuit plus agressives et des perlages ferrite en mode commun sur les cables.

Voir aussi

• Surge et Burst (IEC 61000-4-5 / 4-4) : transitoires
• Creux et interruptions de tension (IEC 61000-4-11)
• Harmoniques + flicker (IEC 61000-3-2 et 3-3)
• Emissions rayonnées CEM: pre-scan et essai final

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Articulation avec les autres essais EMC

L'ESD s'integre dans une campagne complete qui couvre l'ensemble des phénomènes EMC.

Phenomene	Norme	Niveau typique résidentiel
ESD	IEC 61000-4-2	8 kV contact, 15 kV air
Champ RF rayonne	IEC 61000-4-3	3 V/m de 80 MHz a 6 GHz
Transitoires rapides (EFT)	IEC 61000-4-4	2 kV alimentation, 1 kV E/S
Surge	IEC 61000-4-5	2 kV différentiel, 4 kV commun
RF conduite	IEC 61000-4-6	3 V de 150 kHz a 80 MHz
Creux et coupures secteur	IEC 61000-4-11	0 %, 40 %, 70 % a différentes durées

L'ESD se positionne en général en premier dans la séquence: un échec revele souvent un défaut structurel (masse, blindage) qui se manifeste aussi sur les autres essais.

Ce qu'il faut retenir

• IEC 61000-4-2 evalue un produit complet sous tension, avec un réseau RC 150 pF / 330 ohm qui simule la decharge d'un opérateur. C'est distinct des modeles composants HBM, MM et CDM, qui évaluent un silicium nu.
• Quatre niveaux de sévérité contact (2, 4, 6, 8 kV) et quatre en air (2, 4, 8, 15 kV). EN 55035, EN 60601-1-2 et la plupart des normes grand public exigent le niveau 4 dans les deux modes.
• Trois critères de performance, A (pas de dégradation), B (dégradation temporaire auto-récupérée), C (récupération par intervention utilisateur), choisis par la norme produit selon la criticité de la fonction.
• La configuration d'essai comprend un plan de masse de reference, un HCP horizontal et un VCP vertical, raccordes par des résistances 2 x 470 k ohm. Les decharges indirectes sur HCP et VCP testent le couplage rayonne.
• ISO 10605 et IEC 60601-1-2 étendent IEC 61000-4-2 avec des niveaux et des critères adaptes a l'automobile et au medical respectivement.
• La robustesse vient de la conception, par les protections TVS, le layout PCB avec plan de masse continu, et le boîtier conducteur. Un produit teste seulement au laboratoire arrive trop tard.

Pour la mise en pratique en certification, voir Tests CE pour les essais EMC en UE, Tests RED pour les radios, et Tests FCC cote US (en notant que la FCC n'exige pas d'essais d'immunité pour Part 15 Subpart B). Voir aussi le glossaire pour les définitions des sigles ESD.

Sources & références

1. IEC 61000-4-2:2008, essai d'immunité aux decharges électrostatiques , IEC webstore.iec.ch/publication/4189
2. EN 55035:2017+A11:2020, compatibilite électromagnétique des equipements multimédias, immunité , CENELEC standards.cencenelec.eu/dyn/www/f?p=205:110:0::::FSP_PROJECT,FSP_ORG_ID:67027,1258635
3. ISO 10605:2008+A1:2014, decharges électrostatiques sur vehicules routiers , ISO www.iso.org/standard/72428.html
4. EN 60601-1-2:2015+A1:2021, dispositifs medicaux, compatibilite électromagnétique , IEC webstore.iec.ch/publication/67383
5. ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2023, Human Body Model component-level ESD , JEDEC / ESDA www.jedec.org/standards-documents/docs/jesd22-a114f
6. Directive 2014/30/UE relative a la compatibilite électromagnétique , EUR-Lex eur-lex.europa.eu/eli/dir/2014/30/oj