Comment fonctionne le débitmètre de la F1 ?

Red Bull a donc perdu en appel dans l’affaire qui l’opposait à la FIA concernant la disqualification de Daniel Ricciardo du Grand Prix d’Australie, à la suite d’un dépassement du débit maximal autorisé.

On le sait, le règlement a fixé cette année un débit maximal à ne pas dépasser (100 kg d’essence par heure), afin d’encadrer la consommation de carburant. Pour s’assurer que ce seuil n’est pas franchi, la FIA oblige chaque écurie à monter sur ses monoplaces un débitmètre, qu’elle a homologué.

Le modèle retenu, fabriqué par la société britannique Gill Sensors, utilise des ultrasons pour mesurer le débit d’essence. En simplifiant, le capteur utilise la méthode de “différence de temps de transit”, qui repose sur le principe que la vitesse de propagation d'un signal ultrasonore dans un fluide dépend de la vitesse d'écoulement de ce dernier (comme un nageur se déplaçant à contre-courant, un signal ultrasonore se propagera plus lentement à contre-courant que dans la direction d'écoulement). Le capteur mesure la différence des temps de parcours aller-retour d’une onde ultrasonore qui suit un trajet oblique par rapport à l’axe d’écoulement du fluide, ce qui permet – après plusieurs opérations mathématiques – de  déterminer la vitesse moyenne d'écoulement du fluide (plus de détails ici).

“Nous mesurons ces temps de transit 2000 fois par seconde,explique un porte-parole de Gill Sensors. Nous les comparons, et comme nous connaissons la distance à parcourir ainsi que la densité de l’essence, nous pouvons calculer le débit volumétrique et, de là, le débit de masse. Il y a beaucoup de mathématiques qui interviennent là-dedans !”

C’est donc d’abord le débit volumétrique qui est mesuré. On en déduit ensuite le débit de masse (seule norme officielle), en se fondant sur la densité de l’essence, c’est-à-dire sa masse volumique. Or, celle-ci varie en fonction de la température, notamment.

“Le défi est justement d’effectuer une mesure précise dans un large spectre de températures,souligne la firme britannique. En F1, la température de l’essence peut aller de 10 °C à 60 °C : il faut être certain que pour un débit fixé, vous mesurez toujours le même paramètre, car la densité et la viscosité de l’essence varient avec la température. Nous avons donc beaucoup travaillé pour développer des algorithmes qui compensent ces évolutions de température.”

Autrement dit, le débitmètre mesure la température de l’essence et applique une correction sur la densité. Or, si la formulation de l’essence utilisée en Grand Prix est encadrée (elle doit être proche du carburant à la pompe et peut contenir au maximum 5 % d’additifs non fossiles), elle n’est pas identique entre les différents pétroliers. “En F1, chaque motoriste a sa propre essence”, explique Fabrice Lom responsable des propulseurs à la FIA. Le Français, qui a révélé ce lundi lors de l’audience que Renault aurait contribué aux dysfonctionnements du capteur sur le Red Bull en modifiant l’installation des débitmètres, a d’ailleurs suggéré que certains composés chimiques du carburant Total ­– utilisé par le motoriste français – auraient pu jouer un rôle dans ces pannes (cliquez ici pour lire notre news).

Chaque pétrolier envoie un échantillon de son carburant à un laboratoire agréé par la FIA, qui vérifie sa conformité et tire différentes courbes de densité et de viscosité (le tout est déposé à la Fédération pour d’éventuels contrôles après les Grands Prix). Une copie de ces courbes est également envoyée à une société anglaise, Calibra, qui calibre et paramètre les débitmètres de chaque écurie en fonction de ces courbes.

Le débitmètre est relié au boîtier électronique standard imposé par la FIA (ECU) et fournit des données en temps réel. Selon Gill Sensors, 52 % des mesures présentent une marge d’erreur de 0,1 % (et 92 % un taux d’erreur de 25 %). Pesant 240 grammes pour 15 cm de longueur, l’appareil est installé près du réservoir, sur le circuit d’amission (chaque goutte d’essence quittant le réservoir passe par le débitmètre et est conduite vers les injecteurs), ce qui rend son remplacement en cas de panne extrêmement long. En cas de panne, justement, la FIA possède un plan B et peut calculer le débit à partir des données de pression d’essence et des timings des injecteurs.

De quoi diminuer le flot de polémiques ? Pas sûr...

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