Brevet FR3163640A1 — publié le 20251226

SYSTÈME DE GÉNÉRATION D’UNE TRAINÉE DE CONDENSATION L’invention concerne un système (2) de génération d’une trainée de condensation comportant : - une chambre d’évaporation (21) comportant un orifice d’entrée (211) et un orifice de sortie (213) et dans laquelle s’écoule un flux d’air (F) selon une direction d’écoulement (E), où ledit flux d’air (F) présente une première température (T1) au niveau de l’orifice d’entrée (211) et une deuxième température (T2) au niveau de l’orifice de sortie (213), ladite deuxième température (T2) étant inférieure à la première température (T1) ; et - un dispositif d’alimentation en eau (23) délivrant de l’eau sous pression au sein de ladite chambre d’évaporation (21). La mise en œuvre d’un tel système permet de créer artificiellement une trainée de condensation en sortie de la chambre d’évaporation grâce à la libération d’un flux d’air chaud saturé en vapeur d’eau à l’intérieur d’une chambre d’évaporation froide. Fig. 2 SYSTÈME DE GÉNÉRATION D’UNE TRAINÉE DE CONDENSATION La présente invention concerne un système de génération d’une trainée de condensation artificielle. L’invention concerne également un aéronef comportant une source d’air chaud et un tel système de génération d’une trainée de condensation. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin de réduire la pollution engendrée par l’utilisation de kérosène lors de l’utilisation d’un aéronef, il se développe des aéronefs dont les moteurs sont alimentés par d’autres sources d’énergie, et en particulier par du dihydrogène. Notamment, le dihydrogène est utilisé pour alimenter une pile à combustible afin de générer un courant électrique qui va à son tour faire tourner le moteur de l’aéronef. Afin de simplifier la compréhension de la description, on considère qu’une pile à combustible peut comporter une pluralité de piles à combustible. Or bien que l’on sache que les trainées de condensation des aéronefs utilisant des moteurs à combustion représentent environ 60% de l’impact de l’aviation sur le réchauffement climatique, on ignore encore quels peuvent être les impacts des trainées de condensation des moteurs électriques alimentés par une pile à combustible utilisant du dihydrogène. En effet, il n’est actuellement pas possible de faire voler un aéronef avec une pile à combustible de grandes dimensions et donc d’étudier la formation et les évolutions des trainées de condensation de ces aéronefs. Il existe donc un besoin de trouver une solution permettant de simuler la formation et l’évolution des trainées de condensation d’un aéronef, notamment dans le cas où les moteurs sont alimentés par une pile à combustible utilisant du dihydrogène. Un objet de la présente invention est de proposer un système qui permet de créer artificiellement une trainée de condensation. À cet effet, est proposé un système de génération d’une trainée de condensation comportant : - une chambre d’évaporation qui comporte un orifice d’entrée et un orifice de sortie et dans laquelle s’écoule un flux d’air entre ledit orifice d’entrée et ledit orifice de sortie selon une direction d’écoulement, où ledit flux d’air présente une première température au niveau de l’orifice d’entrée et une deuxième température au niveau de l’orifice de sortie, ladite deuxième température étant inférieure à la première température ; et - un dispositif d’alimentation en eau délivrant de l’eau sous pression au sein de ladite chambre d’évaporation. La mise en œuvre d’un tel système permet de créer artificiellement une trainée de condensation en sortie de la chambre d’évaporation grâce à la libération d’un flux d’air chaud saturé en vapeur d’eau à l’intérieur de la chambre d’évaporation froide qui, lorsqu’il va s’échapper de la chambre d’évaporation et atteindre l’atmosphère extérieure de l’aéronef, va voir son taux d’humidité croître à plus de 1500% pour permettre d’initier le processus de nucléation homogène et la création de cristaux de glace. Ensuite, ces cristaux de glace vont persister pour former une trainée de condensation qui pourra être étudiée de sorte à évaluer ses impacts sur le climat. Le système de l’invention permet donc de former des trainées de condensation artificielles qui simulent l’utilisation d’un moteur. Avantageusement, ledit dispositif d’alimentation en eau comporte un vaporisateur disposé dans ladite chambre d’évaporation, à proximité dudit orifice d’entrée d’air. Selon un aspect particulier, ledit vaporisateur comporte des buses de pulvérisation de gouttelettes, lesdites gouttelettes comportant une taille inférieure à 50 µm. Selon un autre aspect particulier, lesdites buses pulvérisent entre 5 et 30 g/s d’eau liquide dans ladite chambre d’évaporation. Selon un aspect particulier, ladite première température est supérieure à 200° C. Selon un autre aspect particulier, ladite deuxième température est inférieure à 40°. Selon encore un autre aspect particulier, le flux d’air présente un premier pourcentage d’humidité au niveau de l’orifice d’entrée qui est inférieur à 25% et un deuxième pourcentage d’humidité au niveau de l’orifice de sortie qui est supérieur à 75%. Selon un aspect particulier, ladite chambre d’évaporation comporte une forme globalement cylindrique et ledit orifice d’entrée et ledit orifice de sortie sont disposés chacun à une extrémité de ladite chambre d’évaporation. L’invention concerne également un aéronef comportant une source d’air chaud et un système de génération d’une trainée de condensation tel que décrit précédemment, dans lequel ladite source d’air chaud est connectée audit orifice d’entrée de ladite chambre d’évaporation dudit système. Selon un aspect particulier, l’aéronef comporte un système de propulsion et ladite source d’air chaud est une sortie d’air chaud dudit système de propulsion. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation et de ses variantes, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : FIG. 1 est une vue de côté d’un aéronef selon l’invention ; et FIG. 2 est une vue schématique d’un système de génération d’une trainée de condensation selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D’UN EXEMPLE DE RÉALISATION La FIG. 1 montre un aéronef 1 qui présente un fuselage 11 de part et d’autre duquel est fixée une aile 12. Sous chaque aile 12 est fixé au moins un système de propulsion 13. Par convention, on appelle X la direction longitudinale de l’aéronef 1, Y la direction transversale de l’aéronef 1 qui est horizontale lorsque l’aéronef 1 est au sol, et Z la direction verticale ou hauteur verticale lorsque l'aéronef 1 est au sol, ces trois directions X, Y et Z étant orthogonales entre elles. D'autre part, les termes " avant " et " arrière " sont à considérer par rapport à une direction d'avancement de l'aéronef 1 lors du fonctionnement des systèmes de propulsion 13, cette direction étant représentée schématiquement par la flèche A. Dans le mode de réalisation de l’invention présenté ici, le système de propulsion 13 peut prendre la forme d’un moteur à combustion comportant une hélice 131 montée sur l’arbre moteur du moteur à combustion ou d’un moteur à réaction. Selon l’invention, l’aéronef comporte un système 2 de génération d’une trainée de condensation. De préférence, le système 2 est fixé au fuselage 11 et à l’extérieur de l’aéronef 2, comme illustré sur la FIG. 1 . Le système 2, illustré plus en détails sur la FIG. 2 , comporte une chambre d’évaporation 21 qui comporte un orifice d’entrée 211 et un orifice de sortie 213. Un flux d’air F s’écoule dans la chambre d’évaporation 21 (par exemple à une vitesse d’environ 4 m/s) entre l’orifice d’entrée 211 et l’orifice de sortie 213 selon une direction d’écoulement E. De préférence, la direction d’écoulement E du flux d’air F s’étend parallèlement à la direction d’avancement A de l’aéronef 1, De préférence encore, la direction d’écoulement E du flux d’air F est dans un sens opposé à la direction d’avancement A de l’aéronef 1 de sorte que le flux d’air F s’échappe de la chambre d’évaporation 21 vers l’arrière de l’aéronef 1. En outre, il est préférable que la trainée de condensation produite par le système 2 s’échappe de manière suffisamment éloignée des panaches générés par les systèmes de propulsion 13 de l’aéronef 1. La chambre d’évaporation 21 est configurée pour refroidir le flux d’air F lors de son passage dans cette dernière de sorte que le flux d’air F présente une première température T1 au niveau de l’orifice d’entrée 211 et une deuxième température T2 au niveau de l’orifice de sortie 213, la deuxième température T2 étant inférieure à la première température T1. Le refroidissement du flux d’air F dans la chambre d'évaporation 21 est principalement généré par la perte d’énergie résultant de la vaporisation de l’eau sous pression du dispositif d’alimentation en eau 23 (décrit ci-après). La chambre d’évaporation 21 est, de préférence, isolée de l'atmosphère extérieur par une couche de matériaux isolants. Le système 2 comporte en outre un dispositif d’alimentation en eau 23 qui délivre de l’eau sous pression au sein de la chambre d’évaporation 21. Le dispositif d’alimentation en eau 23 permet de saturer en humidité le flux d’air F s’écoulant dans la chambre d’évaporation 21. L’énergie thermique fournie en entrée de la chambre d’évaporation 21 (flux d’air F à la température T1) est utilisée pour la vaporisation de l’eau sous pression du dispositif d’alimentation en eau 23. De cette manière, il est possible de créer artificiellement une trainée de condensation en sortie de la chambre d’évaporation 21. Plus précisément, le système 2 de l’invention vise à libérer un panache d’air chaud saturé en vapeur d’eau à l’intérieur d’une atmosphère froide (c’est-à-dire le flux d’air F au sein de la chambre d’évaporation 21) qui, lorsqu’il va s’échapper de la chambre d’évaporation 21 et atteindre l’atmosphère extérieure de l’aéronef 1 qui présente des températures très froides en condition de vol (par exemple environ -40° C à 25000 pieds), va voir son taux d’humidité croître à plus de 1500%. De telles conditions permettent d’initier le processus de nucléation homogène et la création de cristaux de glace. Ainsi, si les conditions atmosphériques, en termes de température et de taux d’humidité, sont favorables, ces cristaux de glace vont persister dans une région dite « sursaturée en glace » pour former une trainée de condensation persistante qui pourra être étudiée de sorte à évaluer ses impacts sur le climat. Ces conditions atmosphériques répondent par exemple au critère de Schmidt-Appleman. Ainsi, le système 2 de l’invention permet de former des trainées de condensation artificielles qui simulent l’utilisation d’un moteur (qu’il soit un moteur électrique alimenté en électricité par une pile à combustible utilisant du dihydrogène ou bien un moteur à combustion). Ces trainées de condensation artificielles peuvent être étudiées et adaptées de sorte à, sur le long terme, réduire les risques et les impacts de tels moteurs avant leur utilisation à grande échelle par des aéronefs. Notamment, le système 2 de l’invention peut permettre de créer, c’est-à-dire d’émuler, des trainées de condensation générées par un moteur à combustion de dihydrogène ou d’une pile à combustible utilisant du dihydrogène. Le système 2 de l’invention peut en outre être fixé à tout type d’aéronef. Dans cet exemple, le dispositif d’alimentation en eau 23 comporte un vaporisateur 231 disposé dans la chambre d’évaporation 22. Plus précisément, le vaporisateur 231 est disposé à proximité de l’orifice d’entrée d’air 211 et en aval de ce dernier. Le vaporisateur 231 permet de disperser dans la chambre d’évaporation 21 de l’eau liquide en fines gouttelettes afin de favoriser la vaporisation de l’eau. Une vaporisation optimale de l’eau permet de favoriser l’initiation du processus de nucléation homogène et la création de cristaux de glace. Le dispositif d’alimentation en eau 23 correspond donc à des moyens de vaporisation d’un débit d’eau en microgouttelettes. Dans cet exemple, l’eau liquide est stockée sous pression dans un réservoir 237 qui peut par exemple présenter une capacité d’environ 160 litres. L’eau stockée dans le réservoir 237 est ici mise sous pression par des bouteilles de diazote 239 (deux bouteilles ici dont la pression est par exemple d’environ 2400 psi) qui permettent de réguler la pression au sein du réservoir 237 et jusqu’à sa distribution dans la chambre d’évaporation 21 via la vaporisateur 231. Le vaporisateur 231 comporte dans cet exemple des buses 233 de pulvérisation de gouttelettes 235 d’eau. Ces buses 233 (dans cet exemple au nombre de trois) permettent de pulvériser des gouttelettes 235 qui comportent une taille inférieure à 50 µm. Il s’agit donc d’une pulvérisation de microgouttelettes. Une telle taille des gouttelettes 235 permet de favoriser la vaporisation de l’eau. La taille des gouttelettes 235 est contrôlée grâce à l’utilisation de buses 233 du type à fracturation sur haute pression et à une pression de l’eau comprise entre 500 et 1500 psi. En outre, les gouttelettes 235 sont de préférence pulvérisées sous la forme d’un cône qui ne doit pas heurter les parois de la chambres d’évaporation 21. Ainsi, la vaporisation de l’eau est encore favorisée. De préférence, et afin d’encore optimiser la vaporisation de l’eau, les buses 233 pulvérisent entre 5 et 30 g/s d’eau liquide dans la chambre d’évaporation 21. Comme indiqué précédemment, la chambre d’évaporation 21 permet de refroidir le flux d’air F qui s’écoule à travers celle-ci. De préférence, la première température T1 du flux d’air F au niveau de l’orifice d’entrée 211 est supérieure à 200° C et inférieure à 220°C. De préférence encore, la première température T1 est d’environ 220°C. La quantité d’air injecté au niveau de l’orifice d’entrée 211 est d’environ 220 g/s et l’air est injecté à une vitesse d’environ 35 m/s. De préférence, la deuxième température T2 du flux d’air F au niveau de l’orifice de sortie 213 est inférieure à 40°C, et notamment comprise entre 30°C et 40°C, la température de l’atmosphère au niveau de l’orifice de sortie 213 étant de l’ordre de -40°C. De préférence encore, la deuxième température T2 est d’environ 34°C et l’air s’échappe de la chambre d’évaporation 21 à une vitesse d’environ 15 m/s. En outre, le flux d’air F présente de préférence un premier pourcentage d’humidité au niveau de l’orifice d’entrée 211 qui est inférieur à 25%. Grâce à la pulvérisation des gouttelettes 235 dans la chambre d’évaporation 21, le flux d’air F présente un deuxième pourcentage d’humidité au niveau de l’orifice de sortie 213 qui est de préférence supérieur à 75%, et qui peut être égal à 100%. On comprend bien évidemment que le système 2 comporte une pluralité de capteurs qui permettent notamment de mesurer le débit d’air, la température, la pression et le taux d’humidité en amont et à l’intérieur de la chambre d’évaporation ainsi qu’en sortie de la chambre d’évaporation 21. Le système 2 peut en outre comporter un tableau de bord permettant d’afficher ces mesures et une unité de commande permettant de commander l’alimentation en air chaud en entrée de la chambre d’évaporation ainsi que l’alimentation en eau au sein de la chambre d’évaporation 21. Selon le mode de réalisation illustré sur les Figs. 1 et 2, la chambre d’évaporation 21 comporte une forme globalement cylindrique. De plus, l’orifice d’entrée 211 et l’orifice de sortie 213 sont disposés chacun à une extrémité 215, 217 de la chambre d’évaporation 21. De préférence encore, la chambre d’évaporation 21 s’étend parallèlement à l’axe longitudinal X de l’aéronef 1. Une telle forme permet d’optimiser l’aérodynamisme du système 2, permettant ainsi de limiter les turbulences engendrées par le système 2. Selon un exemple particulier, la chambre d’évaporation présente un diamètre intérieur d’environ 50 cm et une longueur entre l’orifice d’entrée 211 et l’orifice de sortie 213 d’environ 550 cm. L’orifice de sortie 213 présente de préférence une forme cylindrique dont le diamètre est d’environ 25 cm. Comme illustré sur la FIG. 1 , le système 2 peut être monté sur un aéronef 1. L’aéronef 1 comporte alors une source d’air chaud qui est connectée à l’orifice d’entrée 211 de la chambre d’évaporation 21 du système 2. Cette source d’air chaud est configurée pour alimenter la chambre d’évaporation 21 avec de l’air dont la température est globalement égale à la première température T1 du flux d’air F. C’est cet air chaud qui est utilisé par la chambre d’évaporation 21 pour former la trainée de condensation. De préférence, la source d’air chaud est une sortie d’air chaud provenant du système de propulsion 13 de l’aéronef 1. Le système de propulsion 13 est par exemple un moteur à combustion, de kérosène ou de dihydrogène notamment. Ainsi, il est possible d’utiliser l’air chaud créé par le moteur à combustion pour alimenter le système 2 de génération d’une trainée de condensation. En alternative, la source d’air chaud peut comporter une source d’air et une source d’énergie électrique arrangée en sortie de la source d’air et configurée pour chauffer l’air issu de la source d’air, afin d’alimenter la chambre d’évaporation 21 avec de l’air dont la température est globalement égale à la première température T1 du flux d’air F. Système (2) de génération d’une trainée de condensation, ledit système (2) comportant : - une chambre d’évaporation (21) qui comporte un orifice d’entrée (211) et un orifice de sortie (213) et dans laquelle s’écoule un flux d’air (F) entre ledit orifice d’entrée (211) et ledit orifice de sortie (213) selon une direction d’écoulement (E), où ledit flux d’air (F) présente une première température (T1) au niveau de l’orifice d’entrée (211) et une deuxième température (T2) au niveau de l’orifice de sortie (213), ladite deuxième température (T2) étant inférieure à la première température (T1) ; et - un dispositif d’alimentation en eau (23) délivrant de l’eau sous pression au sein de ladite chambre d’évaporation (21). Système (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d’alimentation en eau (23) comporte un vaporisateur (231) disposé dans ladite chambre d’évaporation (22), à proximité dudit orifice d’entrée d’air (211). Système (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit vaporisateur (231) comporte des buses (233) de pulvérisation de gouttelettes (235), lesdites gouttelettes (235) comportant une taille inférieure à 50 µm. Système (2) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites buses (233) pulvérisent entre 5 et 30 g/s d’eau liquide dans ladite chambre d’évaporation (21). Système (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite première température (T1) est supérieure à 200° C. Système (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite deuxième température (T2) est inférieure à 40°. Système (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le flux d’air (F) présente un premier pourcentage d’humidité au niveau de l’orifice d’entrée (211) qui est inférieur à 25% et un deuxième pourcentage d’humidité au niveau de l’orifice de sortie (213) qui est supérieur à 75%. Système (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite chambre d’évaporation comporte une forme globalement cylindrique et en ce que ledit orifice d’entrée (211) et ledit orifice de sortie (213) sont disposés chacun à une extrémité (215, 217) de ladite chambre d’évaporation (21). Aéronef (1) comportant une source d’air chaud et un système (2) de génération d’une trainée de condensation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ladite source d’air chaud est connectée audit orifice d’entrée (211) de ladite chambre d’évaporation (21) dudit système (2). Aéronef (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte un système de propulsion (13) et en ce que ladite source d’air chaud est une sortie d’air chaud dudit système de propulsion (13).