Technique - Les dessous d'une monoplace de Formule E

Une voiture de Formule E est révolutionnaire, car à propulsion entièrement électrique. Elle se différencie donc grandement des autres bolides de compétition par l’absence d’un moteur à combustion interne et d’un réservoir d’essence.

Notre guide est l’ingénieur britannique Nigel Beresford. Durant les années 80, il a été l’ingénieur de Jean Alesi chez Tyrrell en Formule 1. Puis, chez Penske aux États-Unis, il s'est occupé de la monoplace de Paul Tracy en IndyCar, avant d'être impliqué dans le projet Porsche LMP2 de Penske en ALMS et de piloter le programme de Dragon Racing en Formule E depuis la création du championnat. C'est aussi lui qui fut l'ingénieur d'Ayrton Senna quand ce dernier effectua l'essai d'une Penske PC21-Chevrolet d'IndyCar en décembre 1992.

Faire simple pour commencer

Pour débuter, il nous explique que les organisateurs ont tout fait pour simplifier les choses lors de la Saison 1. "Toutes les équipes étaient basées au circuit de Donington, tout près d’un aérodrome utilisé par DHL. Cela facilitait énormément des déplacements", dit-il. "Les organisateurs ne voulaient pas que les écuries développent la mécanique et l’aérodynamique de la voiture. La Formule 1 et le WEC ont justement été créés pour cela. Nous devions nous concentrer sur l’économie d’énergie."

Beresford nous explique que puisque les paddocks de Formule E sont constitués d’énormes tentes que l’organisateur déplace de circuit en circuit, les conditions de travail peuvent être un peu difficiles, et pour cette raison, la voiture devait demeurer simple. "Elle n’est pas complexe du tout. La monocoque, produite par Spark [sous-traitée par Dallara], est la même pour tout le monde. Les suspensions sont élémentaires et le circuit de freinage est hydraulique, sans brake-by-wire comme en F1. Par contre, les disques de frein possèdent deux coefficients de friction. C’est pourquoi les pilotes bloquent souvent une roue au freinage : un disque est à la bonne température tandis que l’autre est trop froid et bloque."

Beresford confirme que ce sont des voitures difficiles à piloter, même pour des anciens de la F1. La répartition des masses n’est pas parfaite, car la batterie pèse tout de même 330 kg à elle seule.

Un train arrière unique pour chaque écurie

La partie avant de la voiture ressemble donc beaucoup à celle des autres monoplaces traditionnelles. C’est à l’arrière que les choses changent. "Nous avons terminé la saison 3 avec la batterie fabriquée par Williams et entretenue par Spark", précise-t-il. "Cette batterie est monotype. Par contre, c’est notre propre transmission, fabriquée par Xtrac selon nos plans, notre suspension arrière et nos systèmes de contrôle et notre logiciel d’exploitation. La boîte de vitesses est toute petite. Impossible d’y amarrer les suspensions. Elle est donc incluse dans un carter en fibre de carbone où sont fixées les suspensions."

Lors de la Saison 1, les moteurs électriques tournaient très vite, mais possédaient peu de couple. Aujourd’hui, c’est l’opposé : ils tournent moins vite et développent plus de couple, ce qui exige moins de rapports dans la boîte de vitesses.

"À l’intérieur du carter en carbone, on retrouve les engrenages et pinions, le moteur électrique Magneti Marelli [choisi par Dragon Racing], monté transversalement, et l’inverseur. Ce denier transforme le courant continu de la batterie en courant alternatif pour faire fonctionner le moteur", précise-t-il.

Un logiciel en perpétuelle évolution

Beresford avoue que beaucoup d’efforts sont consacrés à affiner le logiciel d’utilisation d’énergie, un facteur déterminant en course. "Nous disposons de 28kW-h d’énergie pour disputer chaque moitié de course [car la batterie n’a pas la capacité nécessaire pour faire rouler la voiture durant toute la course, d’où le changement de voiture à mi-parcours]. C’est un peu comme si nous avions 28 litres d’essence dans le réservoir. Nous pouvons utiliser 170 kW d’énergie pour faire fonctionner le moteur en course", explique le Britannique.

"Notre but est réduire les frictions, que ce soit par la qualité des lubrifiants ou des roulements utilisés. Le logiciel doit optimiser la consommation de l’énergie disponible. Cependant, le règlement oblige la voiture à ne posséder que très peu de capteurs. Nous pouvons surveiller des températures et certaines pressions, c’est tout. C’est donc au pilote de gérer sa consommation d’énergie. Le train arrière propulse les roues motrices, mais sert aussi à la régénération d’énergie. Au freinage, nous pouvons récupérer 150 kW qui sont retournés dans la batterie. Cette régénération provoque un effet de couple sur le train arrière. Le pilote doit donc constamment ajuster la répartition du freinage pour tenir compte de ce couple à l’arrière.”

Beresford nous explique un peu mieux la régénération d’énergie : "Le pilote modifie continuellement la proportion de freinage provenant du système hydraulique et de la régénération. Au début de la course, la batterie est chargée à pleine capacité et n’accepte pas de régénération. Puis, après quelques tours, la batterie se décharge et commence à accepter de la régénération. Le pilote doit donc changer la répartition du freinage vers l’avant pour contrer l’effet de couple généré par le système moteur/générateur. Lorsque la batterie est presque déchargée en fin de course, elle chauffe et n’accepte presque plus de régénération. Le pilote doit donc remettre du freinage sur le train arrière."

Notre interlocuteur nous indique aussi qu’une monoplace de Formule E dispose d’une aérodynamique assez simple : "Elle développe assez peu d’appui. On se sert des ailerons, essentiellement du braquage de l’aileron avant, ainsi que de l’attitude de plongée du bolide pour équilibrer la voiture."

Les pneus Michelin ne sont pas des slicks, mais rainurés, ce qui permet de les utiliser sur piste sèche comme mouillée : "Les pneus étaient d’un nouveau type cette saison. Ils étaient meilleurs en adhérence latérale et longitudinale. Leur durée de vite était aussi meilleure, mais en tirer le plein potentiel était assez ardu. Ils possédaient une grande sensibilité thermique et exigeaient une très bonne gestion."

La monoplace de Formule E va continuer à évoluer au cours des deux prochaines saisons, en route vers une batterie qui aura la capacité de propulser la monoplace durant toute l’heure que dure une course.