Construction d'une F1 : l'aérodynamique

Après avoir défini la répartition optimale des masses et les contraintes dynamiques de la monoplace, les aérodynamiciens définissent le concept général de la voiture. Chez Red Bull, par exemple, c'est Peter Prodromou qui a dessiné les formes de la carrosserie de la future RB10, en étroite collaboration avec Adrian Newey, même s'il a annoncé son départ pour McLaren en octobre dernier. Dirk de Beer (passé de Lotus à Ferrari en septembre, en même temps que James Allison), Doug McKiernan (McLaren), Mike Elliott (Mercedes) et Nicolas Hennel (Lotus) exercent les mêmes fonctions.

Contrairement à l'année dernière, les aérodynamiciens ont dû revoir leur copie de fond en comble, car le règlement technique modifie le nez, les Contrairement à l'année dernière, les aérodynamiciens ont dû revoir leur copie de fond en comble, car le règlement technique modifie le nez, les pontons, l'aileron arrière, les sorties d'échappement, etc. L'aileron avant, par exemple, sera plus étroit : sa largeur passera de 180 cm à 165 cm, etc. L'aileron avant, par exemple, sera plus étroit : sa largeur passera de 180 cm à 165 cm, exposant dès lors une partie des roues avant au flux d'air direct. Quand il était plus large, il permettait de dévier l'air et d'éviter qu'il ne s'écrase contre les roues. Ce ne sera plus le cas, comme l'explique le directeur technique de Ferrari, James Allison : "Le changement le plus compliqué concerne l'aileron avant. C'était une modification innocente quand nous l'avons décidée… Le groupe de travail technique avait voté en sa faveur afin de le rendre moins sensible aux chocs lors des départs, puisqu'il avait la même largeur que la voiture. On a donc réduit sa largeur, ce qui a malheureusement rendu obsolètes tous les développements de ces dernières années. Réinventer l'aileron avant à partir d'une feuille blanche est un énorme défi."

Pour élaborer le concept aérodynamique global de la monoplace, deux outils sont utilisés. Le plus connu est la soufflerie, où sont testées des maquettes, afin de trouver les formes plus performantes. C'est la modeste écurie Sauber qui possède le tunnel le plus moderne, même si ses concurrentes remettent à jour leur soufflerie, ce qui peut s'avérer être un chantier lourd et complexe, comme l'a montré la rénovation des installations de Ferrari durant une année. Les souffleries sont capables de faire tourner des maquettes à 60 %, en exploitant la technologie des murs à géométrie variable, qui permet d'utiliser une maquette de plus grande taille qu'avec des murs droits et fixes. Le deuxième outil est moins connu, mais il a pris une importance croissante au fil des années et des restrictions réglementaires encadrant l'exploitation des souffleries. La CFD (pour "Computer Fluid Dynamics") ou dynamique des fluides est un outil informatique simulant l'écoulement de l'air selon des modèles mathématiques. Concrètement, avant de fabriquer de coûteuses maquettes et de les passer dans le tunnel, les aérodynamiciens affinent les formes de la carrosserie en utilisant cette "soufflerie virtuelle", dont l'exploitation sera limitée à partir de cette année.

En moyenne, le département aéro représente 40 % du budget compétition d'une écurie et occupe une soixantaine de personnes : aérodynamiciens, maquettistes, ingénieurs en informatique, technicien de maintenance, etc. Bien entendu, certaines zones du châssis sont plus travaillées que d'autres : l'aileron avant et l'espace situé en dessous des jambes du pilote, les orifices de refroidissement, le fond plat et le diffuseur, notamment. "Il est difficile d'identifier avec précision l'appui procuré par chaque secteur de la monoplace, explique Adrian Newey. Néanmoins, il n'est pas faux d'indiquer que le diffuseur génère 40 % de la charge totale, tandis que l'aileron avant en procure 25 % (10 % seulement lorsque la voiture est déventée), et l'aileron arrière 35 %.”

Une fois que les départements de la dynamique (train roulants, répartition des masses) et de l'aérodynamique ont chacun défini leurs spécifications, celles-ci sont regroupées et fondues dans un document unique – qui établit la carte d'identité de la voiture – par le directeur technique, le designer en chef et le responsable aéro. Chez Mercedes, ce sont Paddy Lowe, John Owen et Mike Elliot qui rédigent ce document exhaustif, qui reprend tous les composants de la voiture et les adapte au concept aérodynamique général, qui est le facteur de performance principal en F1. Sur cette base, et en collaboration avec les autres services (électronique, hydraulique…), le département aéro optimise le package et effectue les derniers arbitrages (finesse aéro / bon refroidissement, rigidité / légèreté…). Que les deux directeurs techniques les plus en vue du paddock (Adrian Newey et James Allison) soient tous deux aérodynamiciens de formation n'est pas un hasard.

"Jusqu'à présent, vu la standardisation des pneus et du moteur, la différence se faisait surtout dans le domaine aéro, analyse Jacky Eeckelaert, notre consultant. L'équation était simple : la performance était proportionnelle aux nombres d'heures passées en soufflerie. À partir de cette année, la variable 'moteur' va reprendre de l'importance (qu'il est encore difficile de chiffrer précisément), même si l'aérodynamique restera essentielle."

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