Construction d'une F1 : la conception

À moins de deux semaines des premiers essais hivernaux à Jérez, une course très particulière s'est déroulée loin des circuits, dans les usines des équipes de Formule 1. Concevoir et fabriquer un châssis de Grand Prix s'apparente en effet à une course contre la montre. Surtout cette année... D'habitude, cette entreprise complexe et longue demande de six à dix mois de travail, depuis les premiers coups de crayon sur les planches à dessin jusqu'à ce que la monoplace effectue ses premiers tours de piste. Les programmes 2014 ont eux été lancés depuis deux ans au moins, vu l'ampleur des bouleversements techniques : les V6 turbo – plus compacts – et leurs systèmes de récupération d'énergie impliquent une architecture différente. En outre, les besoins en refroidissement exigent des radiateurs plus grands, le nez plongeant d'autres points d'attache pour la suspension, etc. Du coup, la phase de conception du châssis (sur laquelle porte ce premier volet d'une série de quatre articles consacrés à la construction d'une Formule 1) a été beaucoup plus longue que d'ordinaire.

Avant d'assembler les 5 000 pièces qui composent une F1 actuelle, il faut commencer par définir les principes et grandes orientations techniques de la monoplace. Cette phase de conception commence par organiser ensemble les pièces les moins "variables" : le réservoir, le moteur et la transmission. Le moteur et ses encombrants périphériques (radiateur, systèmes de récupération d'énergie et batterie) déterminent la répartition des masses. Jusqu'à présent, le premier élément que définissaient les ingénieurs du groupe de design était la capacité du réservoir. Or, puisque la quantité d'essence est limitée à 100 kg ou 140 litres, celui-ci sera plus petit d'environ 30 % que d'habitude.

En ajoutant au réservoir le volume pris par le cockpit du pilote (obligatoirement placé derrière l’axe des roues avant), ainsi que l’espace nécessaire pour le moteur (de dimensions réduites – de 2,4 litres à 1,6 litre – sans tenir compte de l’ERS-K et de l'EHR-H) et la boîte de vitesses, les ingénieurs obtiennent une première idée des volumes du châssis et de la répartition des masses.

Outre le poids minimal (qui a été augmenté, mais sans doute pas suffisamment), le règlement fixe aussi la répartition des masses au kilo près pour 2014, afin de ne pas faire trop souffrir les pneus Pirelli. Les 690 kg doivent se répartir entre 314 kg sur les roues avant et 369 kg sur les roues arrière. Les parties les plus lourdes (moteur : 145 kg, pilote : 70 kg) – celles qui ont donc le plus d’impact sur la distribution du poids – ne peuvent pas vraiment être déplacées : on imagine mal le pilote assis derrière le moteur… En revanche, certains boîtiers électroniques se placent avec plus de liberté, mais comme ils ne pèsent que 2 ou 3 kg, ils n'ont pas beaucoup d’influence.

Du coup, c'est sur le positionnement de l'axe des roues que peuvent (un peu) jouer les ingénieurs, à la recherche du meilleur compromis. Avancer l'axe antérieur favorise l'aérodynamique mais pénalise l'exploitation des pneus si ceux-ci exigent une répartition des masses vers l'arrière. En revanche, reculer l'axe postérieur produit certes de l'appui aéro mais crée également un angle par rapport à l'axe moteur, qui absorbe de la puissance. En parallèle, le département chargé de la dynamique du châssis identifie, avec le plus de précision possible et au moyen de la conception assistée par ordinateur, les besoins des pneus en matière de charge.

Autrement dit, il s'agit de bien répartir le poids de la voiture sur les gommes, afin que celles-ci délivrent leur potentiel. Certes, la marge de manœuvre des designers en la matière est faible, mais le niveau de la F1 actuelle est tel que ce sont sur des détails que se fait la différence.

En général, on préfère mettre un peu plus de poids que nécessaire sur l'avant de la voiture parce qu'un pneu avant travaillant trop générera seulement” du sous-virage (qu'un pilote peut gérer), alors qu'un pneu arrière qui surchauffe risquera de faire glisser l'arrière de la monoplace en entrée de virage, voire de provoquer un tête-à-queue. Cet aspect est aussi capital pour définir les épures de suspension du châssis.

Une fois les grandes orientations techniques décidées et les éléments invariants de la voiture intégrés, les ingénieurs vont consacrer l'essentiel de leurs ressources à l'aérodynamique, le facteur de performance le plus important en F1 aujourd'hui. En réalité, le packaging aérodynamique est élaboré en même temps et en collaboration avec le département responsable de la dynamique du véhicule. En forçant le trait, Adrian Newey et ses collègues (dont le chef designer Rob Marshall, première photo ci-dessus) commencerait même par définir les formes de la voiture, avant de laisser ses collègues se débrouiller pour y loger les pièces nécessaires…

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