Dispersion des polluants aéronautiques : comparaison de modèles microphysiques avec et sans activation initiale sous l’effet des perturbations initiales

Delanchy, Alban (2025). Dispersion des polluants aéronautiques : comparaison de modèles microphysiques avec et sans activation initiale sous l’effet des perturbations initiales. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les traînées de condensation issues des rejets d’avions contribuent de manière significative au réchauffement climatique en modifiant le bilan radiatif atmosphérique. Formées par la condensation de la vapeur d’eau dans les panaches moteurs, ces structures artificielles peuvent persister et piéger le rayonnement infrarouge, soulignant l’importance de comprendre leurs mécanismes de formation et d’évolution. Ce mémoire s’attache donc à quantifier l’impact des modèles microphysiques sur la genèse et la dispersion de ces nuages de cristaux. Une meilleure représentation de ces phénomènes est essentielle pour développer des stratégies d’atténuation de l’impact climatique des trafics aériens.

Pour cela, une approche de simulation numérique par Large Eddy Simulation (LES) a été mise en oeuvre à l’aide du code CFD Fludiles. Deux modèles microphysiques ont été comparés, l’un considérant une activation progressive des particules, l’autre les supposant immédiatement aptes à condenser. Les simulations ont exploré le cas d’un jet turbulent isolé, en approche temporelle, puis l’interaction entre le jet et un vortex de sillage en régime temporel. Les paramètres de turbulence initiale et de densité de particules ont été variés afin de cerner leur influence sur le taux de saturation et la croissance des particules.

Les résultats révèlent que le modèle à activation progressive est fortement sensible à l’amplitude de perturbation initiale, limitant l’activation des particules, tandis que le modèle direct atteint systématiquement des niveaux de saturation plus élevés. L’introduction du vortex de sillage homogénéise la croissance, réduisant l’impact de la compétition pour la vapeur d’eau et neutralisant les différences liées à la turbulence et à la densité. Cette étude met en lumière l’importance de la microphysique et du rôle structurant des tourbillons dans la modélisation des traînées de condensation.

Résumé traduit

Contrails formed by aircraft exhaust contribute significantly to global warming by altering the atmospheric radiative balance. Generated through the condensation of water vapor in the engine plumes, these artificial cloud structures can persist and trap infrared radiation, highlighting the need to understand their formation and evolution mechanisms. This thesis therefore aims to quantify the impact of dynamic and microphysical processes on the genesis and dispersion of these ice‐crystal clouds. A more accurate representation of these phenomena is essential for developing strategies to mitigate the climate impact of air traffic.

To this end, a numerical simulation approach based on Large Eddy Simulation (LES) was implemented using the CFD code Fludiles. Two microphysical models were compared: one assuming progressive particle activation before growth, and the other treating particles as immediately ready to condense. Simulations examined an isolated turbulent jet in temporal frameworks, followed by the interaction between the jet and a wake vortex in a temporal regime. Initial turbulence intensity and particle number density were varied to assess their influence on saturation fraction and particle growth.

Results show that the progressive‐activation model is highly sensitive to turbulence amplitude, which limits particle activation, whereas the direct‐activation model consistently achieves higher saturation levels. Introducing the wake vortex homogenizes growth, reducing competition for water vapor and neutralizing differences due to turbulence and density. This study underscores the crucial role of microphysics and the structuring influence of waking vortices in contrail modeling, paving the way for more reliable climate impact forecasts.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 131-135).
Mots-clés libres:	traînées de condensation, simulation des grandes échelles (LES), microphysique des particules, vortex de sillage, activation des particules, impact climatique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Garnier, François
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	24 sept. 2025 17:14
Dernière modification:	24 sept. 2025 17:14
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3721

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