Modélisation numérique de l’impact relié aux activités aériennes d’un grand aéroport international sur la qualité de l’air local

Henry-Lheureux, Thomas (2021). Modélisation numérique de l’impact relié aux activités aériennes d’un grand aéroport international sur la qualité de l’air local. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (12MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (1MB) | Prévisualisation

Résumé

Le développement et la croissance du trafic aérien soulèvent des problématiques concernant les risques sanitaires reliés aux différentes activités aéroportuaires et plus particulièrement concernant l’impact des émissions polluantes sur la qualité de l’air local. Or, à cette échelle, l’impact relié aux activités aériennes au niveau des aéroports dépend fortement des caractéristiques locales. Parmi ces dernières, les conditions météorologiques ont un impact double car elles influencent dans un premier temps les quantités de polluants émises par les différentes sources d’émissions, et dans un second temps elles gouvernent les phénomènes dispersifs atmosphériques à l’origine de l’impact des émissions sur la qualité de l’air local. Cependant, certains aspects de ces influences restent à appréhender. Cette étude proposait donc de quantifier les émissions relatives aux activités aériennes d’un aéroport de grande taille ainsi que leur impact sur la qualité de l’air local tout en appréhendant l’effet des conditions atmosphériques sur ces derniers.

En se basant sur les données de l’aéroport de l’année 2015, cette étude a quantifié les émissions dues aux moteurs principaux des aéronefs, à l’utilisation des véhicules de support et des unités de puissance auxiliaires ainsi qu’aux mouvements des véhicules d’accès. Parmi ces différentes sources, l’impact des conditions météorologiques est considéré sur les émissions des moteurs d’aéronefs. Ce dernier présente des variations saisonnières marquées des émissions de NOx, de CO et d’HC. Les conditions météorologiques estivales réduisent les émissions de NOx alors que les conditions hivernales réduisent les émissions de CO et d’HC et augmentent les émissions de NOx. Considérant l’ensemble des sources dépendantes des activités aériennes de cette étude, les moteurs principaux d’aéronefs sont responsables de la majeure partie des émissions. Les véhicules d’accès dominent cependant les émissions de CO et sont une source importante de PM10 tout comme les équipements de support et les unités de puissance auxiliaires.

L’impact des conditions météorologiques a également été étudié sur les concentrations de NOx et de CO avec une modélisation gaussienne de la dispersion. Cet impact a été appréhendé en définissant deux scénarios de dispersion ayant des activités aériennes identiques et des conditions météorologiques représentant les conditions extrêmes de température au niveau de l’aéroport en 2015. Les concentrations observées au niveau de la zone locale sont plus élevées en hiver et la dispersion s’effectue sur des distances jusqu’à 70% plus grandes par rapport à l’été. De plus, les conditions d’instabilité atmosphérique plus fréquentes en été favorisent la dispersion verticale des polluants limitant ainsi l’étendue de l’impact des émissions de l’aéroport au niveau du sol.

Enfin, en utilisant les activités de l’aéroport de l’année 2017 cette étude quantifie l’impact critique des émissions sur la zone locale, en été et en hiver. Cet impact est étudié relativement à celui des 4 segments d’autoroutes entourant l’enceinte aéroportuaire. Les concentrations de polluants reliées aux activités aériennes dépassent localement les réglementations sur la qualité de l’air au niveau des NOx, cependant ses dépassements sont intégralement contenus dans l’enceinte aéroportuaire. Comparativement aux autoroutes les activités aériennes ont un impact médian plus faible sur la qualité de l’air au niveau du CO et de PM10. Néanmoins la distribution plus hétérogène des émissions aériennes fait que ses dernières présentent un impact de 99ième percentile plus élevée au niveau de la zone locale et ce en ce qui concerne les NOx, PM10 et COV.

Titre traduit

Numerical modeling of the impact related to air activities at a large-hub international airport on local air quality

Résumé traduit

Air traffic development and growth raise issues regarding health problems induced by airport activities and more specifically regarding the impact of airport-related pollutant emissions on local air quality. However, at this range, the impact of airport activities is substantially dependant upon local specificities. Among the latter, weather conditions have a double impact as they influence pollutant mass emitted by the airport activities and they also determine dispersive phenomena spearheading the impact of emissions on air quality. Nonetheless some details of these impacts are still to be grasped. Hence, this study’s goal was to quantify air pollutant emissions related to the activities at a large-hub airport as well as their impact on air quality while considering and detailing the impact of weather conditions on the latter.

Using airport data from the year 2015, this study quantified the pollutant emissions resulting from aircraft main engine, ground support equipment, auxiliary power units and ground access vehicles. Between these sources, the impact of weather conditions is considered on aircraft main engine. This impact shows pronounced seasonal variations for NOx, HC and CO emissions. Summer conditions decrease NOx emissions whereas winter conditions decrease HC and CO emissions and increase NOx emissions. Considering all airport-related sources in this study, aircraft main engines are responsible for the greater part of pollutant emissions. However, ground access vehicles are the greater source of CO emissions and are a significant source of PM10 like ground support equipment and auxiliary power units.

Effect of weather conditions has also been investigated on NOx and CO concentrations using a gaussian dispersion model. This impact has been quantified using two dispersion scenarios that have identical airport activities but weather conditions representative of extreme temperature conditions at the airport during 2015. Modeled pollutant concentrations found over the local area are higher during winter and dispersion occurs over distances up to 70% greater than during summer. Moreover, the more frequent atmospheric instability conditions observed during summer advantage the vertical dispersion of pollutant therefore limiting the ground surface impacted by airport-related pollution.

Finally, using airport activities from 2017, this study quantifies the critical impact of airport emissions on the local area during winter and summer. This impact is studied in relation with the impact resulting from the 4 highway sections surround the airport enclosure. Airportrelated pollutant concentrations are exceeding local air quality regulations limits regarding NOx concentrations however, these excesses occur exclusively inside the airport enclosure. Compared to the highway sections, the airport activities have a smaller median impact on air quality concerning CO and PM10. Nonetheless, the greater heterogeneity of airport emissions spatial distribution results in the airport having greater 99th percentile impacts over the local for NOx, PM10 and VOC.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 171-187).
Mots-clés libres:	pollution atmosphérique, emissions aéronautiques, modélisation de la qualité de l’air, impact des conditions météorologiques
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Garnier, François
Codirecteur:	Codirecteur Seers, Patrice Ghedhaïfi, Weeded
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	11 févr. 2025 20:41
Dernière modification:	11 févr. 2025 20:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2917

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt