Une F1 moderne a-t-elle autant d’appui que les "wing-cars" ?

Entre 1979 et 1982, les voitures de Formule 1 étaient des voitures-ailes, surnommées "wing-cars". Leurs larges pontons enfermaient d’énormes ailes d’avions inversées tandis que des jupes coulissantes scellaient le tout afin s’assurer un effet de succion maximal qui entraînait des vitesses extrêmement élevées dans les virages.

Toutefois, après plusieurs accidents tragiques, la FIA décida fin 1982 d’interdire les pontons déporteurs et les jupes mobiles, et imposa aussi des fonds plats aux voitures. Finis donc ces pontons qui créaient un appui aérodynamique monstrueux. À partir de cette date, le dessous des monoplaces devait être plat, sans aucune courbure. Cette règle, qui fut affinée et adaptée au fil des ans, est toujours en vigueur, du moins jusqu’en 2021, où la réglementation devrait réintroduire l’effet de sol en F1.

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La fameuse Team Lotus 79 a ouvert la voie à l'effet de sol en Formule 1.

On aperçoit clairement les jupes coulissantes (noires et vertes) qui scellent les pontons de la Williams FW07.

En dépit du fait qu'elle doive loger les énormes radiateurs et échangeurs de température dans ses pontons, la Renault RE30B turbo était un redoutable voiture à effet de sol.

Lors du Grand Prix de Long Beach 1982, la Ferrari turbo fut dotée de ce double aileron arrière destiné à forcer la FISA à statuer sur certaines zones grises de la règlementation technique, notamment sur les suspensions hydrauliques.

La Williams FW08 générait un appui aérodynamique monstrueux.

Détails de l'installation d'une jupe coulissante sur la flanc du ponton de cette Tyrrell-Ford.

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On sait que l’efficacité de ces fonds plats a énormément progressé depuis 1983, au point que certains soutiennent qu’une voiture de F1 moderne génère autant d’appui, sinon plus, que les anciennes "wing-cars" équipées de jupes coulissantes ou fixes.

C’est ce que soutient, entre autres, Ben Agathangelou, aérodynamicien en chef au sein de Haas F1 Team. "Nous disposons probablement de plus d’appui aérodynamique aujourd’hui", affirme Agathangelou à Motorsport.com. "À cette époque, on en était aux débuts de l’effet de sol. Les outils de développement et la précision des analyses dont nous disposons aujourd’hui n’existaient pas pour raffiner la géométrie des ailes inversées. Nous pouvons quantifier le progrès que nous avons effectué avec nos outils de CFD et la précision de corrélation avec la réalité. En toute honnêteté, je crois que nos voitures actuelles produisent nettement plus d’appui qu’en générait la Lotus 79 de 1978 ou la Williams FW07 de 1979 [certaines des meilleures voitures munies de jupes coulissantes, ndlr]."

Pour rédiger un article technique dans le supplément F1 2019 du magazine Racecar Engineering, Simon McBeath, aérodynamicien britannique, a eu accès au modèle numérique de conception assistée par ordinateur (CAO) d'une monoplace à effet de sol datant de 1982 (munie de jupes fixes, mais dotée de suspensions hydrauliques). Il a ainsi pu effectuer de nombreuses comparaisons avec le modèle d’une voiture de Formule 1 de 2017. "La clé du succès résidait dans l’efficacité des jupes coulissantes, insérées dans le rebord latéral des pontons (qui contenaient des profils d’ailes inversées) et qui scellaient le dessous de la voiture afin de maximiser l’effet de succion généré", a-t-il écrit.

"Les jupes coulissantes n'étaient pas parfaites, car elles avaient la désagréable tendance de se coincer en biais, que ce soit à l'avant ou à l'arrière. Si les jupes étaient parfaitement en contact avec le tarmac, la voiture avait 100% d'adhérence. Un espace de 10 mm entre la jupe et le sol provoquait une perte de 25% de l’appui aérodynamique. Un écart de 20 mm entraînait une perte de 50% de l’appui."

McBeath a aussi constaté à quel point l’appui généré par l’aileron avant a progressé au cours des 35 dernières années, passant de 2,5% à 32% de l’appui total de la monoplace. Il a remarqué la même progression en comparant l’appui généré par la carrosserie (ce qui inclus les fameux pontons déporteurs de la voiture de 1982). À cette époque, la carrosserie produisait 95% de l’appui aérodynamique total de la voiture alors que cette valeur a chuté à 46% sur la voiture 2017. Cette différence provient principalement du rendement nettement amélioré des ailerons et du fond plat.

Comparaison entre la modélisation d’une F1 à effet de sol de 1982 et celle d’une F1 de 2017 selon Simon McBeath (pourcentage de la traînée et de l’appui total) :

"On peut facilement constater le raffinement aérodynamique des voitures de F1 actuelles ; cela est une conséquence directe de l’évolution des outils de conception informatique", nous explique Agathangelou. "De plus, nos connaissances sur l’exploitation de l’effet de sol ont énormément progressé au cours des 25 dernières années. À cette époque, les ingénieurs manquaient d’outils et de connaissances, et les voitures étaient beaucoup plus simples. Si nous retournions en arrière, ne serait-ce qu’en 2000 et utilisions nos outils modernes de design, je crois que nous doublerions le niveau de performance des bolides."

"Ces 'wing-cars' sont apparues il y a de cela 40 ans. Je suis en F1 depuis les vingt dernières années et je pense que les gains que nous avons effectués durant cette période sont phénoménaux. Nous comprenons mieux comment nous pouvons effectuer des gains et nous améliorer. Notre capacité à modéliser le pilotage, le roulis et le lacet de la voiture en mouvement n'existait pas à l'époque. L’utilisation de la fibre de carbone pour fabriquer et rigidifier le châssis et l’évolution technologique des moteurs ont considérablement fait progresser les choses."

Pour conclure, ce tableau illustre parfaitement la progression effectuée par les voitures de F1 entre 1982 (effet de sol et jupes fixes) et 2017 (fond plat) sur deux (rares) circuits à être restés relativement inchangés durant cette période. À Monaco, le circuit le plus lent de la saison, le chrono de la pole position a chuté de 12"47 tandis qu’à Monza, le tracé le plus rapide, le gain est de 9"35.