Approche multiphysique pour la modélisation des traînées de condensation en champ moyen

Résumé

Les traînées de condensation, qui se forment à l’arrière des moteurs d’un avion en vol, représentent une composante importante du forçage radiatif associé à l’aviation civile. Ce phénomène est d’autant plus significatif lorsque ces traînées évoluent en cirrus induits, dont la durée de vie prolongée accentue leur impact climatique. Toutefois, de fortes incertitudes subsistent à ce sujet, en raison de la variabilité des conditions atmosphériques et des échelles spatio-temporelles complexes à considérer. Par ailleurs, la difficulté d’obtenir des mesures expérimentales représentatives rend la simulation numérique particulièrement adaptée pour l’étude de ces phénomènes. Dans ce contexte, ce mémoire se propose d’analyser l’interaction entre le jet propulsif et le tourbillon marginal généré par le bout de l’aile de l’appareil, afin de mieux comprendre leur rôle dans la formation et l’évolution des traînées de condensation. Pour modéliser ce phénomène, la dynamique des fluides est utilisée en considérant des conditions de vol à vitesse et altitude de croisière. Les équations de Navier-Stokes moyennées par la décomposition de Reynolds sont résolues sur une distance d’un kilomètre en aval du moteur, en régime stationnaire dans un premier temps, puis en régime instationnaire. Le panache propulsif est représenté sous la forme d’une phase lagrangienne de particules de suie, évoluant dans un mélange compressible et turbulent d’air et de vapeur d’eau, permettant ainsi de suivre leur évolution temporelle et spatiale. Celle-ci est décrite à l’aide du modèle de Kärcher pour la phase liquide et du modèle de Fukuta et Walter pour la phase solide. Des études paramétriques ont été menées afin d’évaluer l’influence de différents paramètres de l’écoulement sur la formation et l’évolution de la traînée de condensation. La présence de l’aile, à l’origine du tourbillon marginal, entraîne une dilution importante du panache, pouvant aller jusqu’à doubler la surface de traînée par rapport au cas d’un moteur seul. Par ailleurs, une température ambiante plus élevée (>225 K) limite la formation des traînées de condensation, tandis que des températures plus faibles (<215 K) la favorise. Le rayon initial des particules de suie en sortie de moteur n’a pas d’influence significative dans les conditions considérées. Enfin, l’indice d’émission influence directement la taille des cristaux de glace dans le panache, et, par conséquent, la visibilité de la traînée de condensation.

Date	24 nov. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Garnier (Directeur(-trice))