Contributions à la compréhension de la formation et de l'atténuation possible des traînées de condensation de l'aviation

Contributions to understanding the formation and possible attenuation of aircraft contrails

• Auteur / Autrice : Pierre Saulgeot
• Direction : Laurent Jacquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et des solides, acoustique
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (France). Département Aérodynamique, Aéroélasticité, Acoustique (2018-....) - DAAA- ONERA- Institut Polytechnique de Paris [Meudon]
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Antkowiak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Jacquin, Roberto Paoli, Pierre Brancher, Thomas Gerz, Riwal Plougonven, Claire Sarrat, Vincent Brion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roberto Paoli, Pierre Brancher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Condensation (météorologie)

Instabilités hydrodynamiques

Mots clés libres

Tourbillons

Trainées de condensation

Sillage d'avion

Instabilités

Vortices

Contrails

Aircraft wake

Instabilities

Résumé

Les traînées de condensation sont des nuages de glace qui se forment dans le sillage des avions. Leur étude, y compris leur impact météorologique, est rendue difficile par la nécessité de comprendre de nombreuses échelles spatiales et temporelles, depuis la sortie du moteur jusqu'aux cirrus induits dont l'extension peut atteindre plusieurs centaines de kilomètres carrés. Cette thèse s'intéresse à l'influence des tourbillons de sillage, aussi appelés tourbillons marginaux, sur la distribution du panache moteur et la condensation de la vapeur d'eau en glace, de leur enroulement à leur déstabilisation, en passant par une phase bidimensionnelle où la dynamique de ces tourbillons longitudinaux est dominante. La stratification thermique de l'atmosphère joue un rôle majeur dans leur évolution. En particulier, le mouvement naturel des tourbillons est descendant, mais un sillage secondaire peut se former à leur proximité et remonter ensuite jusqu'à l'altitude de vol. Le sillage dynamique est alors séparé en deux composantes distinctes. Les panaches des moteurs peuvent se trouver pris dans l'une ou l'autre, en fonction de leur position initiale. Dans les zones sursaturées, cela a une forte influence sur la condensation à l'intérieur du panache, compte tenu des variations de température avec l'altitude, et donc sur son impact optique.

Contrails are ice clouds that form in the wake of aircraft. Their study, including their meteorological impact, is made difficult by the need to understand numerous spatial and temporal scales, from engine output to induced cirrus clouds whose extension can reach several hundred square kilometers. This thesis focuses on the influence of wake vortices, also known as tip vortices, on the distribution of the engine plume and the condensation of water vapour into ice, from their rolling up to their destabilization, passing through a two-dimensional phase where the dynamics of these longitudinal vortices are dominant. The thermal stratification of the atmosphere plays a major role in their evolution. In particular, the natural movement of vortices is downwards, but a secondary wake can form in their vicinity and then rise back up to flight altitude. The dynamic wake is then separated into two distinct components. Engine plumes can find themselves caught in one or the other, depending on their initial position. In supersaturated zones, this has a strong influence on condensation within the plume, given temperature variations with altitude, and therefore on its optical impact.