Peut-on réduire les émissions polluantes des avions en utilisant des biocarburants ? Et quelle influence un carburant alternatif a-t-il sur la formation des traînées de condensation ? A la mi-janvier, un projet de recherche conjoint du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l'agence spatiale américaine NASA, avec la participation du Max Planck Institute for Chemistry et de l'Institute for Atmospheric Physics (IPA) de l'Université Johannes Gutenberg (JGU) à Mayence, abordé ces questions. Pour trois semaines, les scientifiques ont décollé de la base aérienne américaine de Ramstein, dans la région allemande du Palatinat, pour effectuer un total de huit vols d'essai à différentes altitudes et avec une poussée variable.

Deux avions ont été utilisés pour effectuer les investigations. Alors que l'Airbus A320 ATRA du DLR était ravitaillé avec un mélange de kérosène différent pour chaque vol d'essai au-dessus de l'Allemagne, Le « laboratoire volant de la NASA, " un DC-8, a suivi quelques kilomètres derrière et a plongé dans son panache d'échappement. Au total, 14 instruments de mesure à bord du DC-8 ont collecté en continu des données pendant les vols.

Il s'agit notamment de l'ERICA (ERc Instrument for the Chemical composition of Aerosols) de l'Institut Max Planck de chimie et de la JGU Mayence. "ERICA est un spectromètre de masse de particules d'aérosol unique au monde, développé et construit à Mayence, " explique le directeur du MPIC, Stephan Borrmann, professeur à l'Institut de physique atmosphérique de JGU.

"Nous sommes les seuls à bord à pouvoir étudier la composition chimique des particules individuelles, à la fois dans les gaz d'échappement eux-mêmes et à l'intérieur des cristaux de glace qui forment les traînées de condensation, " dit le postdoctorant Oliver Appel, qui, avec Andreas Hünig, Sergej Molleker et Antonis Dragoneas du Département de Chimie des Particules, exploite l'appareil à bord de l'avion. Deux d'entre eux accompagnaient toujours les vols de surveillance.

Au sein d'ERICA, les plus petites particules de poussière et de suie, appelées aérosols, sont évaporées soit par bombardement laser, soit par chauffage rapide. La matière gazeuse libérée dans ce processus est convertie en ions chargés électriquement, dont les masses peuvent être mesurées à l'aide d'un spectromètre de masse. Cela fournit directement aux scientifiques des informations sur la composition chimique des particules individuelles dans la matière particulaire dans l'atmosphère.

ERICA a été déployé pour la première fois l'été dernier sur un avion de recherche russe à haute altitude jusqu'à 20 kilomètres au-dessus du Népal. L'opportunité de participer à la campagne DC-8 s'est présentée dans un délai très court. "Modifier notre instrument pour l'utiliser dans le DC-8 en à peine six semaines et obtenir un permis aérospatial pour enfin l'installer dans l'avion de la NASA représentait un défi majeur. Mais nous voulions absolument participer à cette campagne de mesures, car une telle invitation de la NASA représente sûrement une grande appréciation de notre métrologie, " dit le postdoctorant Antonis Dragoneas, qui avait contribué aux travaux de conversion.

Objectif :fabriquer le purificateur d'air

Le kérosène standard a été mélangé à de l'huile de caméline pour les vols d'essai. Pour quelques temps, La NASA et le DLR ont cherché à savoir si l'utilisation d'un tel biocarburant est plus écologique. Les premiers résultats d'études précédentes ont déjà montré qu'entre 50 et 70 pour cent de particules de suie en moins se forment avec un mélange de 50 pour cent de biocarburant avec 50 pour cent de kérosène normal.

"Nous nous intéressons à la composition chimique des particules d'échappement, entre autres, parce que nous voulons savoir combien de particules de suie contiennent les gaz d'échappement, combien de particules contenant du métal, s'ils sont revêtus de matériaux condensables, et comment les particules changent dans la formation de traînées, " explique le post-doctorant Sergej Molleker du département de chimie des particules du MPI for Chemistry. A des altitudes de huit kilomètres, les particules de suie et la vapeur d'eau forment des cristaux de glace à -50 degrés Celsius, qui peut être vu dans le ciel comme des traînées de condensation. Entre autres, les cristaux de glace empêchent la chaleur de s'échapper de l'atmosphère dans l'espace, ce qui signifie que chaque traînée de condensation crée son propre petit effet de serre.

« Si nous trouvons un moyen de réduire les particules de suie dans les gaz d'échappement des avions, l'effet de réchauffement climatique pourrait être réduit par de nouveaux mélanges de carburants, " précise Stephan Borrmann. " Nous avons également la possibilité de faire des mesures rares et précieuses des nuages ​​de glace naturels (cirrus) à cette altitude, dont les propriétés et les effets sont également un sujet de recherche clé."

Les chercheurs basés à Mayence attendent les premiers résultats des vols de mesure depuis Ramstein dans deux mois au plus tôt.