Etude du forçage radiatif d’une traînée de condensation par approche multicritère

Contexte

Une étude récente [1] a montré que le CO₂ rejeté dans l’atmosphère par l’aviation n’engendrerait qu’un tiers du forçage radiatif effectif global dû à l’aviation. Parmi les contributions non-CO₂ de l’aviation, celle des cirrus engendrés par les traînées de condensation serait la plus importante et représenterait 57 % du forçage radiatif effectif global de l’aviation. Les incertitudes sur ces valeurs sont encore très importantes et de nouvelles études sont nécessaires, ce qui montre l’intérêt d’étudier la formation et l’évolution des traînées de condensation.

Au sein du Département Multi-Physique pour l’Energétique (DMPE) de l’ONERA, la simulation de la formation des traînées de condensation est effectuée avec le solveur CHARME (calculs thermo-aérodynamiques, chimiques et microphysiques) du logiciel CEDRE [2,3,4,5,6]. En parallèle, le solveur ASTRE (solveur lagrangien de suivi de photons) [7] est utilisé pour les calculs de transfert radiatif.

Le DMPE a récemment adapté et appliqué ASTRE au calcul du transfert radiatif se produisant dans une colonne atmosphérique contenant ou non une traînée de condensation. Les premiers résultats issus de ces calculs et comparés à ceux d’autre codes pour ce même cas d’étude sont encourageants et appellent à une poursuite des travaux.

L’objectif de la thèse est d’étudier le forçage radiatif dû à une traînée de condensation à l’aide du solveur ASTRE et éventuellement du couplage CHARME/ASTRE.

Dans un premier temps, une étude de sensibilité multicritère (taille, contenu en glace, indice optique des cristaux de glace, angles zénithaux) sera réalisée sur une configuration simple 1D (colonne atmosphérique). Les résultats seront comparés à ceux d’autres codes tels que MODTRAN et MATISSE (code ONERA/DOTA) et LIBRADTRAN (CNRS). Le développement d’une paramétrisation 

Dans un deuxième temps, une étude des effets 3D sera menée sur des configurations simples. Des comparaisons avec le code htrdr (CNRS) pourront être effectuées.

Enfin, la possibilité de coupler ASTRE sur un calcul de formation d’une traînée de condensation (CHARME/SPARTE) sera étudiée.

Références:

1] Lee D. S. et al. (2021), The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018, Atmospheric Environment 244, 117834. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2020.117834

[2] https://cedre.onera.fr/

[3] Khou Jean-Charles (2016), Modélisation des traînées de condensation par interaction entre l'aérodynamique, la cinétique chimique et la microphysique, Thèse de doctorat, Université Pierre et Marie Curie, https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01403100

[4] Montreuil E., Ghedaïfi W., Chmielarski V., Vuillot F., Gand F. and Loseille A. (2018), Numerical simulation of contrail formation on the common research model wing/body/engine configuration, in 10^th Space and Atmospheric Environment AIAA conference, Atlanta

[5] Ghedhaïfi W., Bienner A., Megherbi R., Montreuil E., Terrenoire E., Vancassel X. and Loseille A. (2019), Influence of atmospheric conditions on contrail formation: 3D simulation versus Schmidt-Appleman criterion, 24^th ISABE (International Society of Airbreathing Engines)

[6] Terrenoire E. (2020), Modélisation 3D à fine échelle de la dynamique et de la physico-chimie des traînées de condensation, rapport d’activité DARI 6.

      [7] https://aerospacelab.onera.fr/fr/Modelisation-transfert-radiatif%2