Rétro technique F1 : Les grands changements des années 2000

La réglementation 2009 fut la plus draconienne imposée depuis longtemps, réduisant l’appui aérodynamique et exigeant un retour aux pneus lisses. Les nouvelles règles avaient été pensées par un groupe de travail dans le but de ralentir les voitures et faciliter les dépassements en altérant les turbulences générées par les monoplaces.

Survol des changements de règlements 2009 

Le changement principal touchait la répartition des flux d’air autour de la voiture. La largeur de l’aileron avant devait mieux correspondre à la largeur de la voiture. La règle obligeait la section centrale de l’aileron, longue de 500mm, à être parfaitement neutre afin de minimiser les effets négatifs subis par une voiture roulant tout près d'une autre.

Comparaison du diffuseur de la Ferrari F60 (660) de 2009 et celui de laF2008

L’aileron arrière était désormais haut perché et la hauteur et la largeur du diffuseur étaient diminuées, tout cela dans le but de réduire les turbulences affectant une voiture roulant tout près derrière. Le reste de la carrosserie avait été nettoyé des ailettes, déflecteurs et autres mini appendices qui avaient poussés au cours des dernières années. Les pilotes pouvaient aussi modifier de six degrés l’angle d’inclinaison des volets supérieurs de l’aileron avant afin de faciliter les dépassements.

Installation du KERS dans la McLaren MP4-24 de 2009

Un dispositif de récupération d’énergie cinétique, un KERS, fut permis pour la première fois afin de fournir une énergie électrique de 60kW ou environ 80 chevaux durant 6,66 secondes par tour. Ce système, d’un poids de 30kg, représentait toutefois un lest supplémentaire à traîner autour de la piste une fois les 80 chevaux utilisés. De ce fait, certaines équipes préfèrent s’en priver durant la première saison de son existence, préférant poursuivre les études afin de l’utiliser en 2010.

Le poids minimum des voitures fut ajusté à la hausse en 2011 afin de ne plus pénaliser les utilisateurs du KERS. Le système électrique devint alors quasiment obligatoire.

La Brawn BGP 001

L’histoire presque irréelle de l’écurie Brawn n’aurait probablement jamais eu lieu sans l’appui offert par Mercedes et Ferrari qui ont proposé leurs moteurs en remplacement du Honda, rendu indisponible suite au retrait de la F1 du constructeur automobile japonais. Le Mercedes s’accommodait mieux du châssis Brawn, mais n’était pas disponible en version KERS. Par contre, cette situation a permis aux ingénieurs de l’écurie de Ross Brawn de mieux répartir le lest.

Installation du lest dans le splitter de la Brawn BGP 001 de 2009

Le splitter avant a donc logé une grande partie du lest, placé ainsi très près du sol et abaissant du coup de centre de gravité de la voiture. L’écurie a aussi opté pour un aileron avant de type chasse-neige qui permettait à l’air de mieux s’engouffrer sous la monoplace et ainsi générer plus d’appui.

Installation du moteur dans la Brawn BGP 001 de 2009

Le changement de motorisation aurait pu être désastreux pour la BGP 001. Pourtant, c’est peut être ce qui en a fait une machine à gagner. Ne pouvant plus rien tirer de sa voiture 2008, Honda a placé tous ses efforts dans la voiture 2009 [devenue la Brawn], car les ingénieurs avaient de bonnes idées dans leurs cartons.

À cette époque, la réglementation permettait à une écurie d’utiliser plusieurs souffleries, ce qu’a fait Honda pour sa RA109. 

Volets ajustables sur l'aileron avant de la Brawn BGP 001 de 2009

L’implantation, dès la conception de la monoplace, du fameux double diffuseur procura un net avantage à l’écurie britannique. De plus, son aileron avant avait été conçu pour alimenter ce double diffuseur et des petits volets ajustables, fixés aux extrémités de l’aileron, et ses dérives servaient à faire dévier les flux d’air au-dessus et à côté des pneus avant.

Comparaison de la vue avant de la Brawn BGP 001 de 2009

Le plan principal de l’aileron avant fut aussi positionné très bas, près du sol, ce qui mena à une révision de la suspension avant et des billettes de direction. Ces éléments, placés près les uns des autres, allaient jouer un rôle aérodynamique dans l’écoulement de l’air vers l’arrière de la monoplace.

Aube de déviation du ponton de la Brawn BGP 001 de 2009

N’ayant pas à assurer le refroidissement du KERS, la Brawn était munie de pontons relativement étroits et allongés, qui permettait à une grande quantité d’air d’alimenter l’arrière de la monoplace. La Brawn n’a jamais été propulsée par le moteur Honda, ce qui est assez ironique, et il est impossible de dire quel succès elle aurait connu dans cette configuration.

Échappement alimentant le diffuseur de la Red Bull RB6

Les changements apportés à la réglementation de 2009 furent majeurs et permirent plusieurs innovations, dont le double diffuseur et, un an plus tard, le F-Duct, puis les sorties d’échappements aux formes diverses. Les écuries se mirent à travailler sur les solutions rusées, permettant d’accroître l’appui ou bien de diminuer la traînée.

Vue du diffuseur de la Brawn BGP 001 de 2009

La saga des doubles diffuseurs a quand même eu du bon, car elle permit de se rendre compte que le sillage généré par une voiture était en fait fort différent de ce quvait prédit le groupe de travail sur les dépassements. Ceci a du fait éliminé les volets mobiles de l’aileron avant, car ils n’apportaient pas les effets espérés.

F-Duct et aileron arrière de la McLaren MP4-25 de 2010

McLaren a innové en 2010 avec un aileron arrière décrocheur, nommé RW80 à l’interne, puis baptisé F-Duct par les médias. Une modification de l’écoulement du flux d’air permettait une réduction majeure de la traînée.

Cette solution, relativement simple et extrêmement rusée, permettant de contourner habilement certaines règles, fut rapidement copiée par les autres écuries. La FIA n’était toutefois pas ravie de voir le pilote devoir agir afin d’activer le système. Pourtant, quand il pilote, il doit activer certains systèmes, comme le volant et les pédales. 

Certaines failles du règlements furent alors colmatées, mais la FIA y trouva certaines dispositions facilitant les dépassements, ce qui mena à l’arrivée du DRS en 2011. C’est à ce moment qu’il devint évident que certaines écuries utilisaient l’aéroélasticité à leur avantage, surtout en ce qui concerne l’aileron avant.

Entre 2009 et 2013, la FIA n’a cessé d’adapter et de modifier ses tests de rigidité, car il était évident que des écuries utilisaient des ailerons avant flexibles qui permettait de réduire la traînée tout en passant, avec succès, les tests de la FIA.

2014 - L’ère des moteurs turbo hybrides

Pour plusieurs experts, il était évident que l’aérodynamique jouait un rôle beaucoup trop important dans la performance des voitures de F1. La FIA a donc décidé de revoir le rôle joué par le moteur en modifiant le règlement de 2013, mais finalement adopté pour la saison 2014.

Les première discussions entre la FIA et les constructeurs automobiles impliqués ont vite mis l’accent sur l'importance de possibles transferts de technologie entre la F1 et les voitures de série. Une vaste série de propositions fut analysée, incluant des moteurs quatre cylindres, un ERS déployé sur le train avant des bolides et diverses solutions de turbo.

Vue des éléments de l'unité de puissance Renault 2014

Le règlement final obligea la production d’un moteur V6 de 1,6 litre, gavé par un seul compresseur situé dans l’axe longitudinal de la voiture, groupé à un générateur MGU-H qui actionne la turbine et ainsi réduit le temps de réponse. Un plus gros système de récupération d’énergie cinétique, un KERS, et des batteries de plus grande capacité furent autorisés.

Le régime moteur maximal fut abaissé de 18’000 à 15'000 tours/minute, mais l’imposition d’une charge de 100 kg d’essence pour une course signifiait que la courbe de puissance s’abaissait aux environs de 12'000 tours.

Le KERS était réglable par le pilote qui pouvait ainsi modifier la récupération d’énergie et son déploiement durant le tour de piste. Le surplus de puissance n’était plus juste disponible durant quelques secondes, mais était plutôt distribué durant tout le tour du circuit, selon la position de l’accélérateur.

Ce MGU-K, engagé sur le vilebrequin, pouvait délivrer un maximum de 120kW, ou environ 160 chevaux, dont 4mj pouvaient être utilisés des batteries lors de chaque tour. Il peut récupérer 2mj d’énergie lors de chaque tour de piste, mais l’énergie accumulée et transmise par le MGU-H est illimitée.

Il est intéressant de noter que l’énergie peut circuler librement entre le MGU-H et le MGU-K, sans devoir être emmagasinée dans les batteries. Un système peut donc aider l’autre, ce qui en fait un dispositif beaucoup plus efficace et mieux intégré.

Survol des nouveaux règlements 2014 à l'aide de la Red Bull RB9 comme point de comparaisons

Les règlements 2014 poursuivaient cet objectif de réduire l’appui. La largeur de l’aileron avant fut réduit de 150mm, et la hauteur du bout du museau et la section de transition entre le châssis et le nez furent abaissées pour des raisons de sécurité.

L’emplacement des caméras de télévision devait être une zone aérodynamiquement neutre, mais la preuve existe que certaines écuries ont tenté d’en tirer avantage. Une structure de protection latérale fut ensuite imposée afin d’empêcher les écuries d’arriver à leurs propres solutions qui auraient, évidemment, comporté des variances aérodynamiques.

L’élément inférieur de l’aileron arrière fut interdit, tandis que la section supérieure du plan principal et le volet furent réduits de 20mm, ce qui eut un impact sur la performance du DRS. La zone arrière de la voiture, qui permet des éléments comme le ‘monkey seat’, fut agrandie de 150 à 200mm, ce qui facilitait l’expulsion des gaz d’échappement, ceci dans le but d’empêcher les écuries d’employer les gaz d’échappement à des fins aérodynamiques.

Ces règles ont toutefois probablement été un peu extrêmes, car la combinaison de voitures plus lourdes de 60kg et possédant moins d’appui ne donna pas de bons résultats en piste. Tout le monde nota vite des chronos beaucoup plus lents que l’année précédente, et que les certaines voitures de F1 roulaient à peine plus vite que celles de GP2. Tout cela, groupé à une technologie d’un moteur turbo hybride encore mal maîtrisée, créa une certaine inquiétude chez les fans.

Au fil des saisons suivantes, les choses furent corrigées et améliorées. Les voitures 2016 étaient nettement plus rapides que celles de 2014 et dans certains cas, des records de circuits furent battus.

Des modifications devaient être apportées aux règlements 2017 afin de resserrer le peloton et surtout empêcher une autre domination de Mercedes. Par contre, ce changement semble avoir été une réaction à chaud qui risque fort restreindre le nombre de dépassements en course.