UNREAL — Dévoilement du mécanisme de nucléation dans les gaz d'échappement des moteurs d'avion et de son lien avec la composition du carburant

L'aviation est l'un des secteurs de transport en pleine croissance et cette tendance devrait se poursuivre dans les prochaines années. A l’heure actuelle, l'aviation ne représente que 2% des émissions mondiales de CO2 mais devrait atteindre 3% d'ici 2050. Bien que ce chiffre soit faible comparé aux autres secteurs industriels, tels que la production d'énergie et le transport terrestre, il faut noter que ces industries disposent actuellement de sources d'énergies alternatives viables. Par exemple, l'industrie de la production d'énergie peut se tourner vers les technologies éoliennes, hydroélectriques, nucléaires et solaires. Dans le cas de l'aviation, alors que les recherches portent sur les avions électriques, ces sources d’énergies alternatives sont encore loin d’être utilisée dans le secteur en raison du besoin d'un rapport puissance / poids élevé et d'une infrastructure globalement compatible. L'industrie aéronautique a identifié les biocarburants comme l'un des principaux outils pour réduire ses émissions polluantes. Ces émissions ne se limitent pas aux seuls gaz à effet de serre comme le CO2, mais ils incluent des particules volatiles (vPM) et non volatiles (nvPM). Les nvPM sont définies comme les particules présentes dans les gaz d'échappement du moteur à des températures supérieures à 350 °C. Les vPM sont formées par nucléation à partir de précurseurs gazeux dans les gaz d'échappement en aval de la chambre de combustion, lorsque la concentration de particules préexistantes a diminué, favorisant la nucléation homogène. L'acide sulfurique formé dans les gaz d'échappement du moteur semble être lié à la formation des vPM. Cependant, la quantité de soufre présente dans le combustible convertie en acide sulfurique dans les gaz d'échappement est trop faible pour expliquer la quantité de vPM observée. Le mécanisme moléculaire derrière ce phénomène reste encore inconnu. Les principaux objectifs de ce projet sont: 1. Déterminer le mécanisme derrière la formation de vPM dans les gaz d'échappement du moteur et son lien éventuel avec la composition du carburant ; 2. Établir un protocole d'échantillonnage pour les mesures de vPM pouvant être utilisées dans les processus de certification ; 3. Déterminer l'impact de la composition chimique du carburant sur les propriétés physico-chimiques de vPM et nvPM. Pour atteindre les trois objectifs mentionnés, nous prévoyons d'utiliser un générateur des aérosols de combustion (CAST) spécialement conçu pour fonctionner avec les combustibles aéronautiques disponibles à l'ONERA comme source d'émission. Pour étudier en détail la formation de vPM, nous utiliserons la chambre atmosphérique CESAM disponible au LISA ainsi qu’ un réacteur à écoulement massique d'aérosols (PAM) disponible au LSCE et exploité en collaboration avec l'INERIS pour induire la formation de vPM à partir des gaz d'échappement de CAST. Nous utiliserons les moyens expérimentaux disponibles à l'ONERA et au CESAM pour caractériser les émissions. De plus, une caractérisation chimique sera effectuée par SAGE et PhLAM. Pour mieux comprendre le mécanisme moléculaire de la formation de vPM, nous effectuerons une série de simulations théoriques dirigées par UTINAM. Pour compléter le consortium, deux partenaires étrangers participeront : l'Université de Technologie de Tampere (TUT), qui participera à la caractérisation des amas moléculaires émis par CAST, et l'institut nationale espagnole pour l'aéronautique (INTA) qui collaborera en donnant accès à sa ligne d'échantillonnage dans leur banc d'essai pour mesurer la formation de vPM dans l'une de ses campagnes de mesure standard avec un moteur complet.