Impact environnemental des aérosols formés dans les panaches d'avions : modélisation et application à l'utilisation de carburants alternatifs

Environmental impact of aircraft-produced aerosols : modeling and application of alternative fuels

• Auteur / Autrice : Carolina Rojo Escude-Cofiner
• Direction : Jean-Luc Ponche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 04/12/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Pauwels
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Clappier, Philippe Mirabel, Xavier Vancassel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Garnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Carburants de remplacement

Avions -- Moteurs -- Gaz d'échappement

Polluants atmosphériques

Aérosols atmosphériques

Mots clés libres

Carburants alternatifs

Panaches

Formation et croissance d'aérosols

Composés organiques

Particules de suies

Traînées de condensation

Climat

Environnement

Biofuels

Aircraft plumes

Particle formation and growth

Organic compounds

Soot particles

Condensation trails

Résumé

L’aviation émet de grandes quantités de gaz et de particules dans l’atmosphère contribuant, d’une part, à la détérioration de la qualité de l’air à une échelle locale et d’autre part, au forçage radiatif atmosphérique et donc au changement climatique. Une voie envisagée pour limiter l’impact de l’aviation est l’utilisation de carburants alternatifs. Les biocarburants sélectionnés dans cette optique tendent à avoir des teneurs en soufre et en composés aromatiques réduites, ce qui induit une diminution de la quantité d’acide sulfurique formé dans les panaches d’avions ainsi que des suies émises. La modification de la nature et de la composition des carburants utilisés peut entraîner des conséquences inattendues. Il s’avère alors essentiel d’étudier et de déterminer l’évolution des aérosols dans les panaches d’avions. Pour cela, un modèle microphysique précédemment testé lors de la combustion de kérosène classique a été utilisé et amélioré. Après avoir déterminé les émissions « types » des carburants alternatifs, des simulations ont été menées afin de prédire l’évolution et le comportement des aérosols. Plusieurs processus ont nécessité des révisions tels que la congélation homogène ou encore le comportement des composés organiques.

Aircraft emit important amounts of particulate and gaseous matter in the atmosphere contributing on the one hand to local air pollution and on the other hand to the atmospheric radiative forcing and to climate change. Introducing alternative fuels in aviation can be considered as a viable option to reducing the impact of aviation, being economically and environmentally sustainable. These selected biofuels tend to have lower aromatic and sulphur contents inducing a simultaneous reduction in sulphuric acid and soot emissions. However modifying the nature and composition of the fuel used can entail unexpected consequences. It is therefore essential to study and determine the evolution of aerosols in the aircraft plume. To manage this task, a microphysical trajectory box, previously tested with standard kerosene, has been developed. After an assessment concerning the typical emissions from the combustion of biofuels in aviation, simulations have been undertaken in order to predict aerosol evolution. Several microphysical processes have been revised such as droplet homogeneous freezing or the behaviour of organic compounds.