Pourquoi les équipes de F1 veulent des ailerons plus flexibles

Au Grand Prix d'Espagne, une vidéo montrant l'aileron arrière de Red Bull s'affaisser sous l'effet de la vitesse dans la ligne droite de départ/arrivée du circuit de Barcelone a suscité l'ire de Mercedes, Lewis Hamilton ayant rapidement attiré l'attention générale sur l'aileron "flexible" de l'écurie autrichienne. Et c'est ainsi que la boîte de Pandore a été ouverte car peu après, Ferrari et Alfa Romeo ont admis avoir fait la part belle à l'aéroélasticité, et il est fort probable que d'autres équipes se soient également adonnées à cette pratique.

L'affaire a pris une telle ampleur que la FIA a dû intervenir par le biais de l'Article 3.9.9 de son Règlement Technique, en introduisant des tests de charge/déformation plus rigoureux au Grand Prix du France, bien que tous les ailerons arrière de la grille aient déjà passé le test actuel avec succès.

Comme toujours en Formule 1, cette décision ne convient à personne. D'un côté, Mercedes et McLaren ont demandé à ce que ces nouveaux tests soient mis en place avant le Grand Prix d'Azerbaïdjan, précédant la manche au Paul Ricard. De l'autre côté, Red Bull, Ferrari, Alfa Romeo et toutes les autres équipes munies d'un aileron arrière flexible ont affirmé que la décision de la FIA allait les pousser à dépenser davantage pour renforcer leurs pièces.

Ce n'est pas la première fois que Red Bull se retrouve au centre d'un tel débat. Depuis qu'il occupe le poste de directeur d'équipe, ce qui correspond à la première saison de Red Bull en catégorie reine, Christian Horner a pris part à de nombreuses discussions au sujet des ailerons flexibles. Sur la chaîne Sky, le Britannique a souhaité attirer l'attention sur l'aileron avant de Mercedes, qui semblait également fléchir en prenant de la vitesse, et a suggéré que l'écurie allemande faisait preuve d'hypocrisie.

En fin de compte, les commentaires de Hamilton ont allumé la mèche d'une bombe qui pourrait bien redistribuer les cartes sur le court à moyen terme.

Qu'est-ce qu'un aileron flexible ?

Les plus perspicaces l'auront deviné, un aileron flexible est un aileron qui fait preuve de flexibilité. À vrai dire, tous les ailerons sont flexibles car il est impossible d'obtenir une rigidité infinie, toutefois certains éléments se tordent plus facilement que d'autres. En Formule 1, cela se manifeste généralement par un basculement vers l'arrière. Lorsque les monoplaces prennent de la vitesse, les ailerons avant et arrière produisent de plus en plus de traînée. En termes mathématiques, le carré de la vitesse détermine la force de traînée, selon l'équation suivante :

force de traînée = (coefficient de traînée x surface frontale x densité de l'air x vitesse au carré) ÷ 2

Et lorsque la vitesse augmente, la force qui tire la voiture vers l'arrière augmente de manière exponentielle. En conséquence, on ne peut pas utiliser toute la puissance du groupe propulseur pour maximiser la vitesse de pointe. Sur des circuits rapides comme celui de Monza, les équipes montent des ailerons fins et peu braqués pour réduire la traînée, mais sur des circuits plus conventionnels, elles ont besoin d'ailerons générant assez d'appui pour bien négocier les virages.

En inclinant les ailerons vers l'arrière, la surface frontale globale se voit réduite, tout comme son coefficient de traînée. Et en se basant sur la formule mathématique ci-dessus, le carré de la vitesse est donc marginalement compensé par la réduction de la surface et du coefficient de traînée. C'est certain, toutes les équipes aimeraient disposer d'ailerons infiniment flexibles à l'avant et à l'arrière. Théoriquement, ces éléments pourraient devenir horizontaux afin de réduire la traînée en ligne droite. Mais pour des raisons de sécurité, c'est tout simplement impossible.

Pourquoi ne peut-on pas avoir des ailerons plus flexibles ?

En Formule 1, l'aérodynamique est souvent considérée comme "l'aérospatiale, mais à l'envers". Étant donné que les deux domaines ont de nombreux principes similaires, ils sont confrontés aux mêmes problèmes. Les ailes des avions fléchissent très légèrement, car la structure doit offrir un compromis entre rigidité et légèreté. Les matériaux présentant une grande résistance à la torsion sont souvent lourds, et il en va de même pour une voiture de course.

Depuis un certain temps, les ailerons de F1 sont fabriqués en fibre de carbone et ont bien souvent un cœur de faible densité, tel qu'une mousse, ce qui les rend légers et rigides. Et plus on ajoute de poids, par exemple en utilisant plusieurs couches de fibre de carbone, plus la rigidité augmente.

Si un aileron est trop léger, il risque de perdre de sa résistance. Sous la charge aérodynamique, l'élément peut se briser, que ce soit à la suite d'un contact avec une autre voiture ou à cause de l'aéroélasticité, qui est un domaine scientifique à part entière. Bien que l'élasticité soit souhaitable dans certains cas, elle expose un aileron ou un autre élément à des phénomènes tels que le flottement.

Dans ce scénario, un aileron produit un niveau d'appui très imprévisible, qui peut fluctuer entre des valeurs extrêmes. Et si un pilote est au volant d'une monoplace imprévisible, le niveau d'appui peut tout à fait être très faible dans une zone de freinage, pouvant entraîner un accident particulièrement grave.

Le flottement est un mouvement harmonique et, les flux d'air l'exposant à des fréquences proches de ses fréquences naturelles, l'aileron peut se briser dans les cas les plus extrêmes. Cela peut s'éviter en augmentant la rigidité. C'est pour ces raisons que la FIA effectue des contrôles réguliers afin d'évaluer l'intégrité structurelle de la voiture et de garantir la sécurité des pilotes.

À quoi faut-il s'attendre pour la suite de la saison ?

La mise en place de tests plus stricts pour le Grand Prix de France devrait permettre de réduire encore plus la flexibilité des ailerons. Sans aucun doute, cela aura un coût, au grand désespoir des équipes essayant de se rapprocher le plus possible du plafond budgétaire. Mais la sécurité n'a pas de prix.

Et quand bien même la tolérance des tests sera diminuée, cela n'empêchera pas les équipes de concevoir un aileron tutoyant la nouvelle limite de déformation fixée par la FIA. En revanche, le niveau de performance sera forcément réduit.

Alors que la technologie continue d'évoluer, la Formule 1 pourrait un jour permettre aux équipes de monter des ailerons capables de changer de forme de manière plus flagrante au cours d'un Grand Prix. Mais pour l'heure, cela est toujours impossible.