Les solutions différentes de Mercedes et Red Bull pour leurs freins

Le rendement aérodynamique est un facteur clé dans la conception de la plupart des composants d'une Formule 1, permettant des gains de performance significatifs. Les écopes de freins modernes n'échappent pas à cette considération et elles ont été optimisées pour améliorer les performances des freins et des pneus, tout en permettant d'influencer l'écoulement aérodynamique autour des gommes.

Les équipes ont conscience que si elles n'agissent pas, les perturbations générées par les pneus peuvent nuire aux performances aérodynamiques de la voiture à l'arrière.

Le tambour de frein ouvert, ou "moule à gâteau" comme on l'entend souvent, a fait son apparition au début des années 2020 avec une fermeture pour que le flux d'air ne sont pas trop affecté par la jante. Comme vous pouvez l'imaginer, les designs étaient et sont toujours assez variés, chaque équipe ayant ses propres objectifs entre la gestion de la température et l'influence sur l'aérodynamique.

Quand il est devenu plus facile de contrôler les températures, les ingénieurs ont commencé à tirer profit des améliorations apportées par les fournisseurs de freins. Parmi elles figurent des disques percés en carbone et des étriers allégés qui se sont généralisés année après année, les équipes et fabricants travaillant main dans la main pour améliorer les performances.

Sur une période de dix ans, les progrès dans la conception et la fabrication ont vu le nombre des ouvertures de refroidissement qui vont jusqu'au centre du disque passer de 100 à 1200. Il y en a aujourd'hui plus de 1500. Ces trous permettent de dissiper la chaleur générée au freinage, qui peut atteindre 1000°C. Ils se voient facilement sur l'extérieur du disque mais sont aussi visibles à l'intérieur, où ils sont en lien avec la cloche centrale.

Les équipes et fabricants ont travaillé sur un autre domaine pour améliorer les performances. Mercedes est allé plus loin que ses rivaux avec une série de trous en forme de diamant face aux roulements coniques de la cloche de frein, afin de favoriser le refroidissement et la vitesse de l'écoulement aérodynamique sur l'écope de frein.

Une écope de frein de Brembo pour la F1

Les écopes de frein pèsent environ 2kg, bien moins que sur un modèle de route, mais elles ont aussi subi le "traitement F1" pour bénéficier d'un refroidissement direct. Comme vous pouvez le voir, plusieurs fenêtres sont présentes sur l'écope, pour recevoir le flux d'air collecté à l'entrée et envoyé directement par les canalisations positionnées dans l'ensemble du conduit de frein.

Chaque équipe décide également du positionnement de l'étrier. Red Bull a opté pour une position assez basse "à 4-5 heures" tandis que Mercedes préfère une position plus verticale "à 3 heures". Ce choix a naturellement une incidence sur le chemin des canalisations de refroidissement.

Vous noterez également la présence d'un conduit de dérivation au sommet de l'assemblage, qui n'est pas destiné au refroidissement. Il permet de diriger une partie du flux d'air capturé à l'entrée, afin de limiter les turbulences générées par l'assemblage de la roue et son mouvement.

Ce principe est renforcé par d'autres structures présentes sur la face de la roue et destinées à diriger le flux d'air, dont le canal de croisement creusé dans la face avant du tambour, qui augmente l'espace entre le tambour et la jante, avec pour but de diriger ce flux.

Même si Mercedes et Red Bull utilisent cette structure, elles ont des designs différents liés au placement de leurs étriers et au besoin de l'associer aux autres flux. Red Bull la recouvre d'une surface réfléchissante avant de réduire le transfert de chaleur en provenance des freins.

Le sommet du tambour de la RB16B est ouvert (image ci-dessus), ce qui montre les différentes options à la disposition des équipes, selon le circuit visité et la quantité de chaleur à évacuer.

Mercedes et Red Bull ont également des concepts différents pour recueillir le flux d'air, Red Bull ayant débuté la saison avec une écope d'entrée plus large en forme d'oreille, avant d'utiliser une version plus rectiligne récemment.

Mercedes utilise une ouverture allongée, à la forme inversée par rapport à 2020. Une seconde entrée plus petite est cachée parmi les ailettes montées dans la partie inférieure où l'écope de frein se referme.

La section transversale interne est probablement très similaire mais chez Mercedes, il faut noter qu'une partie du flux d'air est captée dans l'espace entre la fermeture et le flanc du pneu.

Dans l'animation ci-dessus, nous pouvons voir comment Ferrari génère plusieurs flux d'air en empilant les éléments du tambour de frein les uns sur les autres.

Le premier canal de croisement absorbe sans aucun doute une partie de la chaleur émanant des freins et la filtre jusqu'à la face de la roue, tandis que la deuxième pièce du tambour a un canal ouvert qui expose le flux d'air à la jante, en tournant autour du montage.

Ce flux est collecté sur la partie extérieure par une section en forme de boucle sur le tambour, qui dirige le flux d'air à travers la face de la roue, les différentes structures d'écoulement se cumulant pour réduire les turbulences générées par la roue et le pneu.