Aviation- A. maritime

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Postcombustion

Le principe de la postcombustion est d'injecter du kérosène, via un canal prolongeant la tuyère du turboréacteur, dans les gaz d'échappement qui s'enflamment alors spontanément sous l'effet de la chaleur. La température élevée des gaz, comprise entre 1 800 K et 2 000 K, favorise en effet la formation du mélange carburant-gaz ainsi que son inflammation et sa combustion^[3]. Il se produit alors une réaction supplémentaire. Le fait de réchauffer l'air en sortie de réacteur permet d'augmenter la vitesse de sortie des gaz, et donc la poussée du réacteur.

Ces gaz atteignent d'ailleurs des vitesses supersoniques et forment des disques d'ondes de choc facilement reconnaissables. Ils ne doivent pas dépasser Mach 1 en sortie de tuyère mais étant donné que réchauffer l'air a pour effet d'augmenter la vitesse du son, les gaz peuvent être éjectés avec plus de vitesse sans toutefois dépasser le mur du son.

Ce système offre un incroyable avantage, celui d'augmenter significativement la poussée de l'avion sans ajout de systèmes de propulsion complexes et lourds^[4]. Cette puissance supplémentaire est obtenue au prix d'une augmentation importante de la consommation en carburant, environ quatre à cinq fois plus importante que sans postcombustion, du bruit et de la signature infrarouge. La postcombustion produit une flamme gigantesque en sortie des réacteurs, qui dépasse parfois la longueur de l'avion, ainsi qu'un bruit effroyable.

Sur les avions militaires, la poussée obtenue avec PC maximale atteint en général 150% de la poussée à sec. C'est par exemple le cas du réacteur General Electric J79, qui équipe certains avions militaires célèbres comme le F-104 Starfighter ou le F-4 Phantom II, et du Snecma M53-P2 qui équipe le Mirage 2000. Sur le Concorde, la poussée du moteur Olympus 593 passait de 14,7 à 17,4 tonnes avec PC, soit une augmentation de 18%.

Utilisation

Le concorde est l'un des deux seuls avions civils à postcombustion.

Utilisée depuis les années 1950, la postcombustion fut longtemps le seul moyen d'atteindre des vitesses supersoniques, et est employée presque uniquement sur les avions militaires. Les seuls avions civils ayant été dotés de postcombustion étaient les deux seuls avions de ligne supersoniques : le Concorde (réacteurs civils) et le Tupolev Tu-144 (réacteurs militaires).

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Impacts environnementaux

Traînées de condensation au soleil levant et évolution en larges cirrus
(Lille, 8 octobre 2006)

Graphique illustrant le bilan en termes de forçage radiatif de l'aviation commerciale mondiale en 1992 (hors avions de tourisme et militaire). Le cumul des effets réchauffant négatifs (en rouge) est très supérieur à celui des effets "positifs" (rafraichissants, en bleu) Source IPCC/GIEC, Rapport spécial sur l'aviation et l'atmosphère (non traduit en français)^[4]

Le larguage en mer ou au dessus de forêts de kérosène non consommé, pour sécuriser un atterrissage en urgence est une cause de pollution locale, mal évaluée (ici à partir d'un A340 au dessus de l'Océan Atlantique)

Les avions émettent une quantité non négligeable de gaz à effet de serre, dont CO2 (1kg de kérosène brûlé libère 3,15 kg de CO2) et vapeur d'eau, mais ils génèrent aussi des impacts indirects sur le climat, via les contrails qui engendrent une nébulosité accrue de cirrus artificiels ^[4].
A titre d'exemple, selon l'IFEN l'aviation mondiale (hors avions de tourisme et militaires) a émis en l'an 2000 550 millions de t de CO2, soit environ 2,5 % des émissions mondiales anthropiques totales de CO2, ou l'équivalent des émissions de toute la France en un an ^[5].
10 % du kérosène est utilisé pour le transport de marchandise, et 90 % pour le transport des passagers ; avec environ 140 gr de CO2 émis par km et par passager, soit 40 % de plus qu'en voiture en moyenne (moins sur les grandes distances, plus sur les vols intérieurs ou de courte distance)^[5].
Selon l'IFEN toujours, si les émissions indirectes (construction et entretien des routes et véhicules) étaient prises en compte, le bilan de l'avion serait un peu moins mauvais, avec 16% d'émission en plus qu'en auto par passager (au lieu de 40 % sans prendre ce critère en compte)^[5]. Néanmoins les avions ont d'autres impacts sur le climat, dont via l'émission de NOx à haute altitude, qui dégradent la couche d'ozone tout en émettant indirectement de l'ozone dans les basses couches (pollution photochimique). L'ozone est aussi un gaz à effet de serre et il nous protège des rayons ultraviolets nocifs (UV). Les NOx émis par les réacteurs participent à la chimie atmosphérique de l'ozone. Les avions subsoniques volent dans la haute troposphère et la basse stratosphère (9 à 13 km d'altitude), pendant que les avions supersoniques de croisière volent bien plus haut, (17 à 20 km d'altitude) dans la stratosphère^[4]. L'ozone devrait augmenter dans le bas de la stratosphère et le haut de la troposphère en réponse aux émissions de NOx, alors que le méthane devrait décroitre. À plus haute altitude, l'augmentation des émissions de NOx dégrade la couche d'ozone stratosphérique. Les impacts futurs sur l'ozone dépendront donc aussi des altitudes de vol dans la troposphère et la stratosphère^[4].
Les aérosols émis par les avions ont des impacts complexes, à la fois réchauffant et refroidissant, sur le climat^[4]. De plus les trainées et aérosols émis modifient également le climat, de manière également complexe ^[4]. L'interdiction générale des vols aux USA après l'attentat du 11 sept 2001 a ainsi montré que les cirrus produit par les avions augmentaient la température de 1 à 2 °C sur le territoire américain.
Selon le GIEC (1999), l'aviation (hors aviation militaire et de tourisme) génère un forçage radiatif de 2 à 4 fois supérieur à celui causé par ses seules émissions de CO2 (contre un facteur de 1,5 pour les autres activités humaines). Sur cette base, en 2000 le véritable impact de l'aviation commerciale en termes d'effet de serre serait 5 % du total des émissions mondiales en équivalent CO2, et non 2,5 % (qui ne correspond qu'à l'effet du seul CO2). A titre de comparaison, un aller retour Paris/New-York correspond à 1/4 des émissions annuelles totales d'un français ^[5].
Des progrès techniques sont fait en termes de bruit et de consommation d'énergie, mais le nombre de voyages et d'avions tend à régulièrement augmenter, et la durée moyenne de service d'un avion étant de 20 à 30 ans, on ne peut espérer une diffusion rapide de ces progrès de conception de moteurs, ailes ou fuselage. De toute façon, les gains d'efficacité énergétique attendus semblent insuffisants pour empêcher une hausse significative de l'impact climatique du transport aérien.
De plus, le protocole de Kyoto ne prend en compte que les vols intérieurs (ou avec l'outre-mer pour la France). L'effet climatique de l'aviation semble nettement plus marqué dans l'hémisphère nord (où les vols sont bien plus nombreux), mais le GIEC n'a produit qu'une estimation moyenne globale des impacts climatiques, tout en reconnaissant que « l'impact des aéronefs sur le climat régional pourrait être important »^[4].

Les moteurs sont aussi source d'aérosols et de suies émis au décollage dans les basses couches d'air puis dans la haute atmosphère^[5]. Leurs impacts à court, moyen et long terme sont encore mal cernés.

Les traînées de condensation générées par les réacteurs créent des nuages artificiels qui influent également sur le climat ; Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a consacré un rapport scientifique complet (non traduit en français) au phénomène des nuages artificiels produits par les traînées d’avion^[6]. Ce phénomène est clairement à considérer comme faisant partie des sources de modifications anthropiques du climat, mais avec un double aspect qui rend sa quantification complexe.
Rien qu'en Europe, chaque jour, ce sont environ 206 000 tonnes de CO₂ ^[7] qui sont ordinairement émises par la combustion du kérosène dans les réacteurs des 63 000 avions, principalement au décollage où la poussée des réacteurs est la plus forte.
Les aéroports sont enfin également une source de nuisances sonores et souvent de pollution lumineuse ou d'autres pollutions induites par le salage et l'usage d'antigels en hiver.

 http://fr.wikipedia.org/wiki/NOx

NO_x, de N symbole de l'azote, O celui de l'oxygène et x représentant une stœchiométrie inconnue est une abréviation utilisée dans le domaine de la chimie, de la pollution et de la qualité de l'air, qui regroupe les oxydes d'azote, principalement le NO et le NO₂, deux gaz odorants et toxiques à faible dose ; l'irritation des muqueuses commence dès que leur teneur (en volume) dépasse 0,0013 %.

Les NO_x sont :

• le monoxyde d'azote (NO),
• le dioxyde d'azote (NO₂).

On y ajoute ;

• le protoxyde d'azote (N₂O), puissant gaz à effet de serre ; le quatrième plus important après la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄). Son pouvoir réchauffant est de 296 fois celui du CO₂.
• le tétraoxyde de diazote (N₂O₄),
• le trioxyde d'azote (N₂O₃).

Les composés analysés par les réseaux d'alerte et de mesure de la pollution de l'air sont NO et NO₂, regroupée sous le terme générique d'oxydes d'azote (NO_x). Le seuil maximal admissible fixé par l'OMS est de 400 µg⋅m^-3 de moyenne sur 1 heure, et 150 µg⋅m^-3 de moyenne horaire sur 24 heures.

Dans l'atmosphère, les éclairs produisent des NO_x. Avec les NO et NO₂ produits par la combustion de combustible fossile ou du bois, ils peuvent s'associer à l'eau et produire de l'acide nitrique HNO₃ ; l'un des responsables des pluies acides. Les oxydes d'azote sont également responsables de la formation de l'ozone dans les basses couches de l'atmosphère.

Dans les années 2000, les véhicules sont devenus responsables de près de 60 % des émissions de NO_x. Les centrales thermiques et les chaudières ou chauffages individuels et gazinières fournissant l'essentiel du reste. À noter que, en raison du taux d’azote contenu naturellement dans le bois, les émissions d’oxydes d’azote sont plus importantes pour des installations de combustion de la biomasse que pour des chaudières au fioul ou au gaz^[4],[5].

 Une étude de l'UE a conclu en 1990, que 15 % des émissions de NO_x étaient dues au transport maritime. À ce rythme elles représenteront 23 % des émissions en 2010^[6].

 Sur la vingtaine de polluants atmosphériques étudiés, les NOx sont les seuls polluants pour lesquels une augmentation des émissions à l’horizon 2020 est observée dans les résultats des simulations^[11]. Le texte suivant est extrait de cette étude :

Impacts sanitaires

Ces molécules pénètrent facilement les bronchioles et affectent la respiration, provoquant une hyperréactivité des bronches chez les asthmatiques, ainsi qu'une vulnérabilité accrue des bronches aux microbes, au moins chez les enfants.

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Pluie_acide

L'expression « pluie acide » a été pour la première fois utilisée par Robert Angus Smith en 1872^[1]. Elle décrit depuis toutes les formes de précipitations (pluies, smogs, aérosols, etc.) qui dégradent voire détruisent des écosystèmes et/ou corrodent ou dissolvent certains bâtiments anciens et fragiles.

L'acidité de ces retombées a deux origines principales :

• des sources naturelles ou semi-naturelles ; proximité d'émissions volcaniques soufrées, NOx produits par la foudre, gaz issus de certaines formes de décomposition biologique terrestres, ou émis par les océans, feux de forêts…
• des sources anthropiques, dont l'industrie, les centrales thermiques, le chauffage et les transports…
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 L'acidification de l'air a des conséquences désormais médiatisées sur la forêt, mais elle affecte aussi la santé humaine, les bâtiments et peut-être de nombreuses espèces animales, fongiques, lichéniques et végétales. Des conséquences secondaires à l'acidification des pluies, sont l'acidification de certaines eaux de surface (lacs d'Europe du Nord par exemple) et l'acidification des océans.