Réduire les émissions polluantes et évaluer les carburants alternatifs

L’amélioration de la combustion dans le moteur
Les augmentations en température et en pression permettent de diminuer la consommation de carburant et
donc les émissions de CO2. Mais elles entraînent une augmentation des émissions de NOx. Les scientifiques de
l’ONERA doivent donc imaginer de nouveaux concepts de chambre de combustion compatibles avec les hautes
pressions et les hautes températures pour limiter la production de NOx. Pour évaluer ces nouvelles chambres,
ils s’appuient sur des moyens d’essai et de simulation numérique hors norme.
Le banc M1 est capable de reproduire les conditions réelles de fonctionnement des chambres de combustion,
avec un dispositif complet de mesures et visualisations. Cette installation majeure pour les motoristes européens
permet de tester, en sécurité, sur l’ensemble des conditions opérationnelles des turboréacteurs, des concepts in-
novants de foyer et de nouveaux systèmes d’injection à faible pollution.
Développé à l’ONERA, le logiciel énergétique CEDRE permet de simuler des phénomènes multiphysiques au sein
d’écoulements complexes. Il est utilisé par les chercheurs et les industriels pour élaborer de nouvelles techno-
logies de propulsion, tout en économisant une grande partie des essais. Parmi ses applications : les turboréac-
teurs, les statoréacteurs, les pulsoréacteurs, les moteurs-fusées, etc.
Aujourd’hui, la filière aéronautique est responsable de 2 à 3 % des émissions de gaz à effet de serre à l’échelle mondiale. Le trafic aérien étant toutefois supposé tripler dans les 20 prochaines années, l’ACARE1 a fixé un
objectif de réduction des émissions à horizon 2050 de 90 % pour les émissions d’oxydes d’azote (NOx) et de
75 % pour les émissions de CO2.
Réduire les émissions polluantes
Réduire les émissions
polluantes et évaluer
les carburants
alternatifs
Un moyen d’essai unique : le banc M1.
1 Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe
Un exemple de technique de mesure :
le banc OPO pour la détection et la
caractérisation de polluants par laser
infrarouge accordable (oscillateur
paramétrique optique développé à l’ONERA).
Simulation avec CEDRE de l’évolution des micro-
gouttes de kérosène et de la formation des suies dans
une chambre de combustion bas-NOx.

Réduire les émissions polluantes et évaluer les carburants alternatifs - page 2
Evaluer les carburants alternatifs
Le banc MERCATO
Agrégat de suie sur un filtre, observé par microscopie
(gauche) et sa reconstruction numérique 3D (droite)
grâce au module SootExpert développé à l’ONERA.
Les ressources pétrolières se raréfient et les cours sont instables. Les compagnies aériennes doivent donc dès
aujourd’hui explorer le recours à des carburants alternatifs. Pour évaluer leur potentiel et faire les bons choix, il
est essentiel d’étudier la faisabilité et l’impact de l’utilisation de ces carburants.
Le banc Mercato de l’ONERA permet de réaliser des études sur la compatibilité des carburants de synthèse avec
les systèmes d’injection actuels et futurs. Il répond ainsi à l’objectif du développement de l’usage de carburants
alternatifs pour l’aéronautique en identifiant les bons candidats et en évaluant leurs performances environne-
mentales et économiques.
Les études réalisées sur le banc Mercato portent plus particulièrement sur des expérimentations :
- de stabilité thermique, de vieillissement et de compatibilité des matériaux avec ces carburants,
- d’atomisation et d’évaporation des carburants dans des conditions proches d’un foyer aéronautique et leur
réallumage en conditions critiques.
Les émissions en sortie de moteur
L’ONERA s’intéresse à la transformation et à l’évolution des espèces chimiques et des particules (suies et aéro-
sols) émises par les moteurs, dans le champ proche de l’avion et au voisinage des aéroports.
Ses recherches visent notamment à caractériser la formation et l’évolution des traînées de condensation, ces pa-
naches blancs observables après le passage d’un avion. L’ONERA contribue ainsi à l’étude de l’impact de ces traî-
nées dans la formation des nuages d’altitude (« cirrus induits ») qui jouent vraisemblablement un rôle important
sur l’équilibre climatique de la planète.
De 2009 à 2011, l’ONERA a dirigé l’étude européenne SWAFEA1 sur la faisabilité technique du déploiement
de carburants alternatifs et leur impact pour le secteur aéronautique, sous les aspects techniques, environ-
nementaux et économiques. Avec cette étude, l’ONERA a ainsi confirmé, au niveau européen, son position-
nement d’expert scientifique et technologique pour aider les politiques à orienter leurs choix technologiques.
1 Sustainable Way for Alternative Fuel and Energy in Aviation