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ISO 13849 et IEC 62061 : sécurité des machines

Guide, sécurité des machines

Concevoir une fonction de sécurité sur une machine, arrêt d'urgence, protecteur mobile interverrouillé, barrière immatérielle, commande bimanuelle, suppose de quantifier la fiabilité de la partie commande qui la réalise. Deux normes harmonisées encadrent cet exercice dans l'Union européenne : ISO 13849-1 et sa partie validation ISO 13849-2, qui raisonnent en Performance Level (PL de a a e), et IEC 62061, qui raisonne en SIL CL (1 a 3) selon l'héritage d'IEC 61508. Cette page expose les métriques de chaque norme, la table de correspondance PL vers SIL, les critères de choix, la procédure de calcul, la validation, et l'articulation avec la directive 2006/42/CE et le règlement (UE) 2023/1230.

ISO 13849-1 et IEC 62061 traitent toutes deux les parties des systèmes de commande relatives a la sécurité. ISO 13849 les nomme SRP/CS (Safety-Related Parts of Control Systems) ; IEC 62061 emploie SCS (Safety-related Control System). Le but est identique : démontrer que la fonction de sécurité a une probabilité de défaillance dangereuse suffisamment basse au regard du risque qu'elle réduit.

ISO 13849-1 est issue de la tradition machine européenne (ancienne EN 954-1) et raisonne par catégories d'architecture combinées a des grandeurs de fiabilité. IEC 62061 est la déclinaison machine d'IEC 61508, la norme générique de sécurité fonctionnelle des systèmes électriques, électroniques et électroniques programmables ; elle reprend la logique SIL et le vocabulaire 61508.

Historiquement, ISO 13849 couvrait toutes les technologies tandis qu'IEC 62061 (édition 2005) se limitait a l'électrique, l'électronique et l'électronique programmable. L'édition 2021 d'IEC 62061 a levé cette restriction : les deux normes couvrent désormais l'ensemble des technologies de commande, y compris hydraulique et pneumatique. Le choix entre les deux relève donc surtout de la culture d'équipe et du poids de l'électronique programmable complexe dans la fonction.

NormeOrigineMetriquePerimetre
ISO 13849-1Monde machine (ex EN 954-1)Performance Level (PL a a e)Toutes technologies
ISO 13849-2Partie validation associéeRevue de conception et essaisToutes technologies
IEC 62061Derivation machine d'IEC 61508SIL CL (1 a 3)Toutes technologies (depuis 2021)
IEC 61508Norme générique parenteSIL (1 a 4)Systemes E/E/PE génériques

Le Performance Level (PL) est le coeur de la quantification ISO 13849-1. C'est un niveau discret de a a e qui exprime la capacité d'un SRP/CS a assurer une fonction de sécurité dans des conditions previsibles. Chaque PL est associe a une plage de PFHd, probabilité de défaillance dangereuse par heure.

PLPFHd (par heure)
a1e-5 a moins de 1e-4
b3e-6 a moins de 1e-5
c1e-6 a moins de 3e-6
d1e-7 a moins de 1e-6
e1e-8 a moins de 1e-7

L'objectif à atteindre est le PLr (PL required), dérive d'un graphe de risque à trois paramètres appliqué à chaque fonction de sécurité avant mesure de réduction :

  • S (sévérité) : S1 blessure légère et réversible, S2 blessure grave ou irréversible ou décès.
  • F (fréquence et durée d'exposition) : F1 rare ou courte, F2 fréquente ou continue.
  • P (possibilité d'éviter le danger) : P1 possible sous certaines conditions, P2 a peine possible.

La combinaison S, F et P conduit a un PLr de a a e. La conception doit ensuite atteindre un PL supérieur ou égal au PLr. Le graphe est décrit a l'annexe A de la norme.

Le PL atteint dépend d'abord de la catégorie, qui décrit la structure du SRP/CS et son comportement en cas de défaut.

CatégoriePrincipeComportement sur défaut
BComposants de base, conformes a l'état de l'artUn défaut peut entraîner la perte de la fonction
1Comme B avec composants et principes éprouvésMeilleure fiabilité, mais un défaut peut encore perdre la fonction
2Fonction testée périodiquement par le système de commandeUn défaut détecté au test suivant ; perte possible entre deux tests
3Architecture mono-défaut tolérante (souvent deux canaux)Un défaut unique ne provoque pas la perte de la fonction
4Deux canaux avec diagnostic élevé, accumulation de défauts maîtriséeNi un défaut unique ni une accumulation raisonnable ne perdent la fonction

Trois grandeurs supplémentaires affinent le PL au sein d'une catégorie.

  • MTTFd (Mean Time To dangerous Failure) : durée moyenne avant défaillance dangereuse d'un canal, classée faible (3 à moins de 10 ans), moyen (10 à moins de 30 ans), élevé (30 à 100 ans). Le MTTFd canal est plafonné à 100 ans dans le calcul.
  • DC (Diagnostic Coverage) : part des défaillances dangereuses détectées par le diagnostic, classée nulle (moins de 60 pour cent), faible (60 à moins de 90), moyen (90 à moins de 99), élevé (au moins 99). On utilise le DC moyen (DCavg) sur l'ensemble du SRP/CS.
  • CCF (Common Cause Failure) : maîtrise des défaillances de cause commune, évaluée par la grille de points de l'annexe F. Un total d'au moins 65 points sur 100 est exigé pour les catégories 2, 3 et 4.

Le PL atteint se lit dans le tableau 7 (croisement catégorie, MTTFd, DCavg), confirmé par les courbes de l'annexe K. L'outil SISTEMA de l'IFA (Institut fur Arbeitsschutz) automatise ce calcul et est largement reconnu par les organismes notifiés.

IEC 62061 quantifie un SIL CL (SIL Claim Limit), de 1 a 3, attribuable a un sous-système. Le SIL CL est la borne supérieure de SIL qu'un sous-système peut revendiquer compte tenu de son architecture, de sa tolérance aux défauts (HFT) et de sa fraction de défaillances en sécurité (SFF), exactement dans la logique d'IEC 61508.

La norme décrit une procédure complète : estimation et attribution d'un SIL à chaque fonction de sécurité, décomposition en sous-systèmes (capteur, logique, actionneur), affectation d'un SIL CL à chaque sous-système, puis combinaison pour vérifier la cible. La PFHd du système est la somme des PFHd des sous-systèmes en série, comparée à la plage SIL visée.

SILPFHd (par heure)
11e-6 a moins de 1e-5
21e-7 a moins de 1e-6
31e-8 a moins de 1e-7

IEC 62061 ne va pas au-dela de SIL 3 : SIL 4 d'IEC 61508 n'a pas d'usage réaliste sur machine. Les architectures de sous-système (notées A et B, ou les structures de base D selon l'édition) déterminent le SIL CL atteignable selon HFT et SFF, avec les mêmes tables que la partie 2 d'IEC 61508.

Comme les deux normes dérivent d'IEC 61508 et partagent la PFHd, la correspondance est fiable pour communiquer entre équipes ou choisir une norme. Elle n'est pas une équivalence formelle (les voies de calcul diffèrent), mais un alignement par plage de PFHd.

Performance LevelPFHd (par heure)SIL équivalent
a1e-5 a moins de 1e-4aucun équivalent SIL
b3e-6 a moins de 1e-5SIL 1
c1e-6 a moins de 3e-6SIL 1
d1e-7 a moins de 1e-6SIL 2
e1e-8 a moins de 1e-7SIL 3

PL a est le seul niveau sans équivalent SIL : sa plage de PFHd se situe au-dessus du domaine SIL 1. A l'inverse, IEC 62061 ne descend pas sous SIL 1, donc une fonction visant PL a ne se traite que par ISO 13849.

SituationNorme conseilléeRaison
Architecture simple, technologies mixtes, équipe machineISO 13849-1Approche par catégories, outil SISTEMA, culture machine
Fonction PL a (risque faible)ISO 13849-1IEC 62061 ne descend pas sous SIL 1
Électronique programmable complexe, logiciel importantIEC 62061Héritage 61508, exigences logicielles détaillées
Continuité avec un parc déjà certifié SILIEC 62061Cohérence du vocabulaire et des dossiers SIL
Intégration dans une chaîne procédé sous IEC 61511IEC 62061Même racine 61508, transfert facilité

Les deux normes restant harmonisées au titre de la directive machines, le choix est libre. Mixer les deux sur une même fonction est déconseillé : on suit une norme par fonction de sécurité, et on documente le choix dans le dossier technique.

La démarche est commune aux deux normes, avec des métriques propres à chacune.

  1. Analyse de risque selon EN ISO 12100 : identifier les phénomènes dangereux, estimer le risque, définir les mesures de réduction et les fonctions de sécurité necessaires.
  2. Definir chaque fonction de sécurité : entrée (capteur), traitement (logique), sortie (actionneur), comportement attendu, temps de réponse, état de sécurité.
  3. Determiner l'objectif : PLr (ISO 13849) ou SIL cible (IEC 62061) par le graphe de risque ou la matrice.
  4. Concevoir l'architecture : choisir la catégorie (B, 1, 2, 3, 4) ou la structure de sous-système, intégrer la redondance et le diagnostic selon le niveau vise.
  5. Quantifier : MTTFd, DCavg, CCF et tableau 7 pour ISO 13849 ; HFT, SFF, PFHd des sous-systèmes pour IEC 62061. SISTEMA aide pour ISO 13849.
  6. Vérifier : PL atteint supérieur ou égal au PLr, ou PFHd système dans la plage SIL visée.
  7. Valider selon ISO 13849-2 (ou la clause de validation d'IEC 62061) : revue de conception, analyse de défauts, essais fonctionnels et essais en défaut.
  8. Documenter : dossier technique, déclaration UE de conformité, notice d'utilisation, maintenance et conditions de validité du PL ou SIL.

La validation n'est pas accessoire : la partie 1 l'exige et renvoie à la partie 2 pour la méthode. ISO 13849-2 combine deux moyens complémentaires.

  • Analyse (revue de conception) : vérification que chaque fonction de sécurité, chaque catégorie, chaque hypothèse de calcul est cohérente avec la conception réelle. La norme fournit des fault lists (listes de défauts à considérer ou exclure) par technologie en annexes, pour cadrer l'analyse de défauts.
  • Essais : essais fonctionnels (la fonction réalise bien l'état de sécurité), essais en défaut (injection de défauts pour vérifier le comportement attendu de la catégorie), essais aux limites environnementales si pertinent.

Le plan de validation, la liste des fonctions de sécurité, l'analyse de défauts et le compte rendu d'essais entrent dans le dossier technique. L'exclusion d'un défaut (fault exclusion) doit être justifiée par écrit et reste sous la responsabilité du fabricant ; un assesseur ou un organisme notifié vérifie la solidité de chaque exclusion.

EN ISO 13849-1 et EN IEC 62061 sont citées au Journal officiel de l'Union européenne comme normes harmonisées de la directive 2006/42/CE. Leur application volontaire donne présomption de conformité aux exigences essentielles de santé et de sécurité de l'annexe I, en particulier le point 1.2.1 sur la sécurité et la fiabilité des systèmes de commande.

La présomption ne porte que sur le périmètre couvert et sur la version exactement citée au JOUE : ISO 13849-1 a connu plusieurs éditions (2006, 2015, 2023) et la version citée n'est pas toujours la plus récente. Le fabricant vérifie la référence et la date avant de revendiquer la présomption.

Le règlement (UE) 2023/1230 remplace la directive 2006/42/CE avec pleine application au 20 janvier 2027. Le mécanisme de présomption par normes harmonisées est conservé, et EN ISO 13849-1 et EN IEC 62061 demeurent les références attendues pour la sécurité des systèmes de commande. Le règlement durcit les exigences sur les machines intégrant des composants de sécurité logiciels et l'intelligence artificielle, encadre les modifications substantielles et autorise la documentation sous forme numérique. Les fabricants suivent la republication des références harmonisées sous le règlement.

La norme de sécurité fonctionnelle ne détermine pas à elle seule le module d'évaluation. Pour la plupart des machines, le fabricant procède par auto-évaluation (contrôle interne de fabrication) et établit lui-même la déclaration UE de conformité. Les machines de l'annexe IV (certaines presses, scies, dispositifs de protection) requièrent un organisme notifié, par examen UE de type ou assurance qualité complète, lorsque les normes harmonisées ne sont pas appliquées intégralement. ISO 13849 et IEC 62061 servent, dans tous les cas, à justifier la fiabilité du système de commande.

PiègeConséquenceMesure
Confondre PL atteint et PLrPL insuffisant non détectéToujours comparer PL atteint au PLr issu du graphe de risque
CCF sous 65 points en catégorie 3 ou 4Quantification rejetéeRenseigner la grille annexe F dès la conception
MTTFd canal au-delà de 100 ans dans le calculSurestimation du PLPlafonner le MTTFd canal à 100 ans
Validation 13849-2 absente ou non documentéePrésomption de conformité non tenablePlan de validation, analyse de défauts et essais tracés
Fault exclusion non justifiéeExclusion rejetée en revueJustifier chaque exclusion par écrit selon les fault lists
Version de norme non citée au JOUEPas de présomptionVérifier la référence et la date citées au Journal officiel
Mixer ISO 13849 et IEC 62061 sur une même fonctionDossier incohérentUne norme par fonction de sécurité, choix documenté
Ignorer la transition 2023/1230Dossier obsolète au 20 janvier 2027Suivre la republication des références harmonisées

Sources & références

  1. ISO 13849-1:2023, Safety of machinery, Safety-related parts of control systems, Part 1: General principles for design , ISO www.iso.org/standard/73481.html
  2. ISO 13849-2:2012, Safety of machinery, Safety-related parts of control systems, Part 2: Validation , ISO www.iso.org/standard/53640.html
  3. IEC 62061:2021, Safety of machinery, Functional safety of safety-related control systems , IEC webstore.iec.ch/publication/59927
  4. Directive 2006/42/CE relative aux machines , EUR-Lex eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=CELEX:32006L0042
  5. Règlement (UE) 2023/1230 relatif aux machines , EUR-Lex eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=CELEX:32023R1230
  6. IEC 61508:2010, Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems , IEC www.iec.ch/functional-safety
  7. ISO 12100:2010, Safety of machinery, General principles for design, Risk assessment and risk réduction , ISO www.iso.org/standard/51528.html