Comment la fibre de carbone façonne la nouvelle ère de la F1

La fibre de carbone est peut-être omniprésente sur les Formule 1 depuis plus de 40 ans, mais il serait faux de dire qu'il s'agit d'un domaine technologique figé. En fait, comme dans tous les autres pans de la technologie des Grands Prix, les équipes sont constamment à la recherche d'améliorations marginales pour leur permettre de gagner.

Dans sa forme la plus élémentaire, cela signifie rendre les choses plus légères et plus résistantes, et s'assurer que chaque pièce est parfaitement adaptée à son usage. Les écuries sont également toujours à l'affût des traces d'une technologie révolutionnaire qui pourrait les aider à devancer leurs rivales.

Les progrès réalisés dans les matières premières utilisées pour la fabrication des voitures ne viennent pas uniquement des usines des constructeurs de F1, car ils dépendent de fournisseurs extérieurs qui ont une bien meilleure compréhension de l'industrie des composites.

Détails du plancher de la Ferrari F1-75.

Et aucune ne se distingue davantage sur la grille actuelle que la multinationale scientifique belge Solvay. Elle contribue à fournir à chaque écurie de F1, à des degrés divers, des produits en fibre de carbone, qui sont ensuite façonnés et transformés en pièces de voiture que nous voyons sur la piste. La firme a assisté à des changements spectaculaires dans la technologie et la compréhension de la fibre de carbone depuis son apparition en F1, car les équipes ont constamment repoussé les limites.

Gérald Perrin, directeur du programme mondial automobile chez Solvay, explique ainsi à Motorsport.com : "Au cours des 20 dernières années, toutes les monoplaces qui ont remporté le championnat de F1 ont été fabriquées avec des matériaux Solvay. Nous avons joué un rôle essentiel dans la collaboration avec les équipes pour améliorer la sécurité des voitures. Mais le type de matériaux utilisé aujourd'hui est complètement différent de ce qui était conçu dans les années 1980."

"Il y a une optimisation de la fibre et de la résine, et de la façon dont on combine et fait interagir ces deux matériaux. Tout a été complètement optimisé, alors que dans les années 1980, il y avait probablement une solution unique : c'était plus léger que le métal, donc c'était déjà super !".

La McLaren MP4/1, première F1 à la monocoque en fibre de carbone

Alors qu'il y a quelques dizaines d'années, une F1 pouvait utiliser deux ou trois types différents de fibres de carbone à des fins diverses, aujourd'hui, c'est une tout autre affaire avec environ 40 types de fibres. Mark Steele, responsable de l'ingénierie client pour les composites automobiles chez Solvay, déclare : "Quand je pense aux années 1980, on utilisait un ou deux, voire trois types différents de résines époxy pour transférer la performance dans la fibre."

"Aujourd'hui, les voitures n'utilisent pas une ou deux résines, mais de multiples résines. Il s'agit de résines très, très personnalisées pour des applications très spécifiques : qu'il s'agisse d'un bras de suspension, dont l'objectif ultime est la rigidité, ou d'une protection contre les intrusions latérales, conçue pour protéger le pilote."

"Si on regarde la gamme de fibres disponibles, je ne dirais pas qu'il y en a des centaines, mais il y a un choix énorme. Il faut choisir une fibre pour le genre de propriété que l'on souhaite, puis essayer de la faire correspondre à la chimie de la résine, car on ne peut pas utiliser toutes les compositions chimiques avec toutes les fibres. Je pense que c'est de là que viennent les avantages."

"La constance s'est également beaucoup améliorée. Cela permet aux équipes de stresser leurs pièces jusqu'à la limite ultime, en sachant qu'elle céderont de façon très prévisible. Cela signifie qu'elles peuvent tirer le maximum de performance de la pièce."

Le carter en carbone de la boîte de vitesses sur la Ferrari SF16-H.

Nouvelles règles, nouveaux défis

Solvay a été témoin de nombreux changements de règles au fil des ans et a dû répondre à la demande croissante de matériaux plus résistants pour supporter des crash-tests toujours plus stricts. Mais la nouvelle réglementation de la F1 pour 2022 a posé des défis particuliers, car les équipes ont dû se démener pour respecter la limite de poids. La volonté de supprimer les kilos superflus était telle que certains constructeurs ont dû s'attaquer à leur livrée pour enlever tout excès de peinture, laissant la fibre de carbone à nu.

Steele précise que Solvay a également dû jouer un rôle en produisant des matériaux qui pouvaient aider sur ce plan. "Nous avons développé un produit très spécifique pour certaines des carrosseries de la voiture, sur lesquelles il fallait appliquer des niveaux de peinture de l'ordre du micron. La finition de la surface devait donc être presque parfaite avant de la peindre."

"Ensuite, lorsqu'ils frottent la peinture, parce qu'ils doivent souvent l'enlever ou nettoyer la voiture, nous avons dû mettre au point des formulations qui sont très résistantes à l'abrasion. Cela signifie que lorsque l'abrasion se produit, elle n'entame pas le carbone. Ce sont les tout petits détails qui permettent de réduire le poids."

La McLaren MCL36 de Lando Norris au Japon.

Et après ?

Les équipes de F1 et les entreprises comme Solvay sont toujours tournées vers l'avenir et vers les prochaines améliorations à apporter. Mais il est important de préciser que les objectifs finaux changent pour tous les concurrents. Alors qu'autrefois elles ne s'intéressaient qu'aux performances, aujourd'hui les écuries doivent jongler avec une foule de facteurs concurrents.

Il y a la question du plafonnement des coûts, qui signifie qu'un bon rapport qualité-prix est essentiel. Mais la durabilité devient aussi cruciale et les matériaux utilisés par les voitures en dépendent également. Steele d'ajouter : "Il est très difficile de prévoir comment les choses vont évoluer mais, du point de vue des matériaux, on utilise aujourd'hui les fibres les plus exotiques et des résines exotiques."

"Toutefois ce qui joue un rôle, c'est le plafonnement du budget des équipes. Les grandes structures sont plus touchées que les autres, car elles auront assurément moins d'argent à dépenser pour certains de ces produits très exotiques. C'est donc probablement la chose la plus importante : essayer de rendre les matériaux plus rentables tout en essayant de maintenir le niveau de performance."

"Il y a aussi des discussions autour de l'utilisation de matières premières bio-durables, parce que les règlements pourraient pousser les équipes à envisager d'utiliser moins de matériaux dérivés du pétrole dans les voitures. Ce sont ces types de règles qui feront évoluer le marché de la F1 dans une certaine direction."

Un four autoclave dans l'usine d'AlphaTauri.

Mais cela ne veut pas dire que les équipes tourneront le dos aux progrès qui permettent d'améliorer le temps au tour. Perrin voit ainsi deux voies de développement intense pour les prochaines années.

"Solvay joue avec la fabrication additive. Comme l'impression 3D, la fabrication additive est un domaine dans lequel nous sommes déjà assez présents et avancés. C'est une façon différente de fabriquer une pièce, et c'est quelque chose que nous voyons comme attrayant pour la F1 et pour de multiples marchés. Ensuite, je dirais qu'en dehors des composites, nous sommes un acteur majeur de l'électrification. Nous jouons beaucoup sur la technologie des batteries et même sur l'amélioration des performances des moteurs électriques."

Solvay estime qu'il est possible d'utiliser davantage de pièces en fibre de carbone dans les moteurs électriques. Celles-ci peuvent contribuer à réduire l'inertie et à augmenter la vitesse de rotation des composants internes pour leur permettre de tourner et ralentir beaucoup plus rapidement.

Mais il y a aussi des indices de révolutions à venir dans la technologie globale des batteries, qui pourraient être cruciales lorsque la F1 passera à l'ère de la nouvelle réglementation moteur à partir de 2026. Perrin de conclure : "Nous travaillons également sur la chimie de la batterie elle-même. Aujourd'hui, la plupart des gens utilisent des batteries conventionnelles, mais il existe une nouvelle technologie de batteries que nous pouvons prévoir pour 2025."

"Cela changera complètement les choses en termes de densité énergétique, de sorte que la capacité de la batterie et le poids global nécessaire pour transporter la même quantité d'énergie seront considérablement réduits. Ce n'est pas encore prêt, mais c'est quelque chose que nous voyons arriver à l'horizon."

La fibre de carbone a contribué à ouvrir une nouvelle ère pour la F1 dans les années 1980. Elle semble également appelée à jouer un rôle clé dans l'élaboration de son avenir à long terme.