Détermination expérimentale des caractéristiques physiques et chimiques de particules de suie émises par des turboréacteurs d’avion

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE présentée à L'UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANNÉE AIX-MARSEILLE II soutenue le 10 décembre 2007 à 14h00 dans la salle Raymond KERN du Centre de Recherche en Matière Condensée et Nanosciences par David DELHAYE Détermination expérimentale des caractéristiques physiques et chimiques de particules de suie émises par des turboréacteurs d'avion devant le jury composé de : Rapporteurs : Mme DESGROUX Pascale Directrice de recherche au CNRS, PC2A, Lille M. ROSSI Michel J. Professeur à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Examinateurs : M. FERRY Daniel Chargé de Recherche au CNRS, CRMC-N, Marseille Mme GIORGIO Suzanne Professeur à l'Université de la Méditerranée Marseille M. PENANHOAT Olivier Responsable des autorisations de vol, SNECMA, Villaroche Mme RUIZ Eliane Ingénieur Chercheur à l'ONERA, Châtillon M. SUZANNE Jean Professeur à l'Université de la Méditerranée, Marseille M. VENDEL Jacques Ingénieur Chercheur à l'IRSN, Saclay -2007-

  • impact sur le forçage radiatif

  • chargé de recherche

  • sources significatives de particules dans l'atmosphère

  • centre de recherche en matière condensée

  • turboréacteurs cfm56

  • particules de suie

  • distribution des tailles


Source : onera.fr
Nombre de pages : 3
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THÈSE
présentée à
L’UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANNÉE
AIX-MARSEILLE II
soutenue le 10 décembre 2007
à 14h00 dans la salle Raymond KERN du Centre de Recherche en Matière Condensée et
Nanosciences
par
David DELHAYE
Détermination expérimentale des caractéristiques
physiques et chimiques de particules de suie
émises par des turboréacteurs d’avion
devant le jury composé de :
Rapporteurs :
Mme DESGROUX Pascale
Directrice de recherche au CNRS, PC2A, Lille
M. ROSSI Michel J.
Professeur à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Examinateurs :
M. FERRY Daniel
Chargé de Recherche au CNRS, CRMC-N, Marseille
Mme GIORGIO Suzanne
Professeur à l’Université de la Méditerranée Marseille
M. PENANHOAT Olivier
Responsable des autorisations de vol, SNECMA, Villaroche
Mme RUIZ Eliane
Ingénieur Chercheur à l’ONERA, Châtillon
M. SUZANNE Jean
Professeur à l’Université de la Méditerranée, Marseille
M. VENDEL Jacques
Ingénieur Chercheur à l’IRSN, Saclay
-2007-
Résumé :
Les émissions liées à la combustion de la biomasse et des carburants fossiles constituent
des sources significatives de particules dans l’atmosphère. Les particules de suie émises par
les turboréacteurs aéronautiques dans la basse stratosphère et la haute troposphère, zones
sensibles de l’atmosphère, ont un impact sur le forçage radiatif global de par la formation de
traînées de condensation qui peuvent évoluer en nuage de type cirrus. Par ailleurs, ces
particules de taille submicrométrique, dont l’impact sur la qualité de l’air est avéré, sont
également source de questionnement quant à leur(s) effet(s) sur la santé publique.
La présente étude a pour objet la détermination expérimentale des caractéristiques
physiques et chimiques des particules de suie émises par des turboréacteurs d’avions
commerciaux. Les prélèvements sont effectués sur un banc d’essai de la société SNECMA
(groupe SAFRAN) par un dispositif mis au point au cours de ce travail et localisé derrière des
turboréacteurs CFM56-5C et CFM56-5B qui équipent respectivement des avions long-
courriers et moyen-courriers.
Diverses techniques expérimentales telles que la microscopie électronique en transmission
(MET), la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectrométrie dispersive d’énergie
de rayons X (XREDS), et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) sont
mises en oeuvre pour étudier la morphologie, la structure, la distribution en taille, la
composition chimique élémentaire des particules primaires de suie, et la nature des groupes
fonctionnels présents à leur surface. La dimension fractale (
f
D
) des agrégats de suie et leur
diamètre de giration (
g
d
) sont également établis.
Les résultats expérimentaux montrent que les suies émises par les deux turboréacteurs
étudiés présentent :
- des valeurs similaires de la dimension fractale des agrégats
- des distributions en taille log-normales pour les particules primaires et les agrégats
- des compositions chimiques élémentaires et des groupes fonctionnels très similaires
- des diamètres de giration des agrégats qui diffèrent
Par ailleurs, nous montrons que la phase de préparation des échantillons, préalable aux
observations en MEB, a une influence importante sur la valeur déterminée de la moyenne
géométrique de la distribution en taille des particules primaires. Par conséquent, nous
préconisons de réaliser l’étude des caractéristiques physiques des particules primaires de suie
aéronautique par MET plutôt que par MEB.
Mots clés :
10 nm
10 nm
10 nm
Suies, turboréacteur, microscopie électronique, distribution en taille, dimension fractale,
structure, morphologie, composition chimique élémentaire
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