Modélisation numérique 3D de la dispersion de polluants émis par le transport maritime et étude de l'impact sur la qualité de l'air

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Modélisation numérique 3D de la dispersion de polluants émis par le transport maritime et étude de l’impact sur la qualité de l’air

Les approches CFD (Computational Fluid Dynamics) permettent de résoudre numériquement les concentrations locales en considérant les différents phénomènes physiques impliqués (transport turbulent, thermique, rayonnement, chimie …). Le comportement instationnaire des écoulements fortement turbulents (nombre de Reynolds de l'ordre de 10⁷) rencontrés lors du rejet de bouffées dans l’environnement au voisinage d’un navire, nécessite des méthodes numériques et des modèles où la turbulence est en partie résolue (Large-Eddy Simulation).

Au cours de la dernière décennie, les méthodes lattice Boltzmann (LBM) se sont développées pour les écoulements aérodynamiques externes et les applications à faible nombre de Mach. Elles ont montré leur efficacité pour les calculs massivement parallèles et les solveurs fonctionnant sur GPU ont récemment apporté une capacité à accélérer les calculs de configurations à échelle industrielle, élargissant le champ des applications possibles pour les écoulements atmosphériques.

Objectifs

Des travaux récents à IFPEN ont permis de mettre en place un solveur LBM pour la dispersion atmosphérique afin d’étudier la dispersion des émissions liées au transport routier. On a mis en évidence l’importance des données d’émissions d’usage réel résolues en espace pour la prédiction des concentrations locales dans un environnement urbain avec des géométries complexes.

En lien avec ce travail, on propose à présent d’adapter le workflow mis en place pour l’analyse de sensibilité aux paramètres liés aux conditions environnantes (vent relatif, stabilité de l’atmosphère) et aux données d’émissions afin de quantifier numériquement l’impact des sources de polluants des navires sur leur voisinage proche (à bord et à proximité).

Cette approche sera évaluée par rapport aux campagnes de mesures réalisées par ailleurs sur différents navires. L’élaboration de modèles de substitution à partir des simulations « haute fidélité » fera partie des sorties du projet qui pourront être mises en œuvre avec des moyens de calcul plus légers afin d’être utilisées via des solutions de type webservices.