Proposition d’un procédé de limitation du réchauffement climatique et de déclenchement de la pluviosité

INTRODUCTION

Une série d’expériences menées à l’ONERA avait mis en évidence l’efficacité des ions gazeux - positifs ou négatifs - dans les processus de nucléation des molécules d’eau. La production de “micro-glaçons“ susceptibles d’engendrer à leur tour de la vapeur d’eau condensée - voire des gouttes de pluie - pouvait alors s’effectuer dans des temps extrêmement courts, de l’ordre de quelques microsecondes. Le présent article évoque la possibilité de limiter le réchauffement climatique en ensemençant l’atmosphère terrestre en particules chargées à partir d’injecteurs embarqués sur un grand nombre d’aéronefs civils ou, en nocturne et à basse altitude, sur des drones dédiés simplifiés.

INJECTEURS DE CHARGES ÉLECTROGAZODYNAMIQUES (EGD) À CONDENSATION D’AIR HUMIDE

Au début des années 1975, l’ONERA entreprend l’étude des injecteurs de charges EGD à condensation d’air humide sous l’égide de Joseph Taillet, alors directeur de la branche Physique de l’Office. Le premier objectif était de stabiliser le potentiel électrique d’un aéronef en vol au moyen d’une boucle d’asservissement. Ceci nécessite de pouvoir évacuer dans l’atmosphère un courant électrique de plusieurs centaines de micro-ampères d’un aéronef qui se charge par tribo-électricité lors du frottement sur des particules en suspension dans l’air.

Pour éjecter du courant électrique dans l’atmosphère, une pointe métallique située au col d’une petite tuyère supersonique, est portée à une tension continue de plusieurs milliers de volts. Elle engendre alors par «effet couronne» des ions gazeux qui constituent des noyaux de condensation extrêmement efficaces pour les molécules d’eau contenues dans l’air comprimé alimentant la tuyère. De façon quasi-immédiate, les porteurs de charge prennent la forme de micro-glaçons constitués d’environ 104 molécules d’eau. De par leur très faible mobilité, ceux-ci sont ensuite entraînés hors de la tuyère par le flux aérodynamique, en dépit du champ électrique qui tendrait à les ramener sur les parois métalliques [1],[2].

Dans une application complémentaire, le flux d’air porteur des “micro-glaçons“ chargés était dirigé vers le fuselage d’un aéronef au sol. Le « canon à ions EGD » permettait d’accumuler - sans rayonner par lui-même de perturbations électromagnétiques - une charge électrique importante sur une surface isolante bien délimitée de l’aéronef. Ceci reproduisait les processus de charge par triboélectricité d’un avion évoluant dans des précipitations, et induisait des décharges électriques similaires à celles qui perturbent l’avion en vol. Comme ces étincelles provenaient de l’endroit précis où était dirigé le jet d’air chargé, la corrélation avec la pertubation des appareils de radionavigation permettait de localiser les sources de parasitage et de déterminer les moyens d’y remédier.

Le procédé a été validé lors de deux campagnes effectuées chez Avions Marcel Dassault (AMD) à Istres, d’abord sur Falcon 10, puis sur Alphajet [3]. Il a également fait l’objet d’une démonstration permanente au Salon du Bourget de 1980. Commercialisé par les Sociétés ECOPOL et SHELTON, cet appareil a été acquis et utilisé par de nombreux constructeurs aéronautiques dont AMD, SAAB, Boeing, Aerospatiale, etc.

Enfin l’alimentation de la décharge couronne par une haute tension alternative (50 Hz) permet d’injecter successivement des charges électriques des deux polarités dans l’air ambiant. Ceci provoque, en augmentant la conductivité du milieu, l’élimination drastique des charges unipolaires portées par des isolants ou des conducteurs isolés, ceci dans un rayon de plusieurs mètres autour du neutraliseur [4], [5]. La difficulté réside dans l’équilibrage des courants émis lors des alternances positives et négatives de la tension. La solution consiste à isoler la pointe de décharge par un condensateur et à noyer un anneau métallique à la masse à l’intérieur d’une tuyère isolante [6]. Cette disposition polarise automatiquement la pointe de décharge à une valeur continue qui contrebalance la dissymétrie de l’effet couronne.
En résumé, plusieurs points importants ressortent de l’observation des décharges couronnes allumées dans un écoulement supersonique à l’intérieur d’une tuyère métallique :
Dés que la tuyère est amorcée, la décharge couronne située au col apparaît parfaitement stabilisée. Les impulsions périodiques : « Pulses de Trichel » en polarité négative ou « streamers » en polarité positive font place à une émission continue de courant électrique;
Aucune étincelle ne se produit alors entre la pointe haute tension et la paroi interne de la tuyère métallique;
En conséquence, contrairement aux décharges couronnes dans l’air ambiant, les injecteurs EGD en fonctionnement n’émettent aucun rayonnement radioélectrique;
Quelle que soit l’intensité du courant qui alimente les décharges, aucune trace d’ozone n’a été détectée au cours du fonctionnement des injecteurs EGD.

INFLUENCE DES TRAÎNÉES DE CONDENSATION

Selon les experts du GIEC (Groupement Intergouvernemental d’Experts sur l’Évolution du Climat), la part de l’aéronautique civile - c’est-à-dire environ cent mille appareils en vol subsonique à chaque instant autour de la planète - dans l’émission de gaz carbonique serait de l’ordre 2,4% ; émission à laquelle il convient d’ajouter celles du méthane, de l’ozone, de la vapeur d’eau, des aérosols de sulfate et de suie, etc. [7] Différentes analyses ont été publiées par la suite, en particulier dans la revue Nature [8]. On retiendra cependant un élément essentiel publié par R. Meerkotter et al. en 1999 à savoir que les trainées de condensation émise par les avions refroidissent le sol durant le jour par effet d’albédo et le réchauffe durant la nuit par effet de serre en s’opposant au rayonnement thermique du sol vers l’espace [9]. Cet effet aurait également été mis en évidence par D. J. Travis et al. à la suite des attentats du 11 septembre 2001, et publié en 2002 dans la revue Nature [10]. Le survol de la ville de New-York avait alors été interdit durant trois jours et une modification de plusieurs degrés du rapport des températures diurnes et nocturnes avait été enregistrée durant cette période. Cette modification avait été principalement attribuée à l’absence des trainées de condensation produite par les avions (Because persisting contrails can reduce the transfer of both incoming solar and outgoing infrared radiation and so reduce the daily temperature range, we attribute at least a portion of this anomaly to the absence of contrails over this period).

VERS UNE RÉDUCTION DU FORÇAGE RADIATIF DE L’ATMOSPHÈRE

L’idée consiste à ensemencer la haute atmosphère en charges électriques en disposant des injecteurs EGD aux extrémités de voilures des avions de lignes. 
Ce procédé devrait pouvoir amplifier considérablement les trainées de condensation diurnes, voire déclencher la formation de cirrus, ceci sans émissions polluantes dans la haute atmosphère. Des injecteurs de polarités inverses, disposés sur chaque aile, seraient alimentés en air comprimé par les compresseurs des réacteurs, et la haute tension qui commande la décharge couronne - continue ou alternative - serait allumée uniquement lors de vols diurnes, selon des instructions élaborées par des centres météorologiques et transmises par radio à chaque aéronef. Une action nocturne peut également être envisagée en injectant des charges électriques dans les nuages bas qui retiennent le rayonnement thermique de la surface vers l’espace. L’objectif étant alors de provoquer des précipitations en début de nuit en favorisant la condensation de la vapeur d’eau à l’intérieur de ces nuages. Les vecteurs de ces interventions pourraient être des petits avions évoluant à l’intérieur du nuage ou de préférence des drones spécifiques relativement simples (à concevoir). Par ailleurs, ces drones munis d’injecteurs EGD pourraient intervenir directement dans les cumulo-nimbus afin de déclencher des précipitations avant la formation de la grêle. Ils agiraient ainsi comme des fusées paragrêles «récupérables», mais vraisemblablement de façon plus efficace, et ceci sans injection d’iodure d’argent, molécule à très longue durée de vie reconnue toxique à forte concentration.

Enfin, on sait maintenant que les perturbations météorologiques majeures, ouragans ou cyclones, prennent naissance au dessus des océans dans des conditions thermiques et hydrométriques bien définies : forte température de l’eau de mer sur une profondeur de plusieurs dizaines de mètres et très forte humidité de l’air au-dessus de cette zone d’eau chaude. Ces configurations relativement localisées sont parfaitement détectables depuis l’espace par les satellites météorologiques. 
Dans la mesure où les actions diurnes et nocturnes des injecteurs EGD aéroportés seraient effectives, il serait envisageable, en les traitant dès leur naissance, d’inhiber ou au moins de limiter le développement de ces phénomènes particulièrement destructeurs.

RÉFÉRENCES

[1] S. Larigaldie et J. Cariou,»Dispositif pour produire un jet gazeux porteur de charges électriques. déperditeur actif «, Brevet n° 78.07.067 (10/03/1978)
[2] S. Larigaldie et N. Félici, «Etude expérimentale d’un déchargeur électrostatique pour hélicoptère «, Revue de Physique Appliquée n°15 Jan 1980
[3] S. Larigaldie et J. Reibaud, « Procédé et moyen de protection des aéronefs contre les perturbations d’origine électrostatique « Brevet n°80.14.848 (3/07/1980)
[4] S. Larigaldie et N. Giboni, «A New Device for the neutralisation of static electricity»Journal of Electrostatics, Vol 10 (1981)
[5] P. Poidras, «Etude d’un éliminateur de charges électrostatiques à haute efficacité», Thèse de Docteur-Ingénieur soutenue le 3 novembre 1987 à l’Université Paris V
[6] J. Taillet, « Static charge elimination on polymer particulates during their industrial production: supersonic injection technology , Powder Technology, n°135· Oct. 2003
[7] «L’Aviation et l’Atmosphère Planétaire», Rapport Spécial du GIEC Traduit par l’OACI pour le GIEC, ISBN: 92-9169-211-5, 1999
[8] N. Stuber et al. « The importance of the diurnal and annual cycle of air trafficfor contrail radiative forcing»  , Nature 441, (15 June 2006)
[9] R. Meerkotter et al. .»Radiative forcing by contrails», Ann. Geophysical 17, (1999)
[10] D. J. Travis et al.» Contrails reduce daily temperature range «, Nature, Vol 418 08/09/2002 ?