Comment fonctionnent les ailerons arrière de Formule 1 ?

Les ailerons arrière de Formule 1 sont des composants aérodynamiques cruciaux qui génèrent de l’appui, améliorant ainsi l’adhérence et la performance en virage. Montés à l’arrière de la voiture, ces ailerons comportent un plan principal et un volet plus petit, qui fonctionnent ensemble pour rediriger le flux d’air vers le haut, créant une différence de pression entre les surfaces supérieure et inférieure. Cette différence de pression engendre une force dirigée vers le bas qui plaque la voiture sur la piste, renforçant ainsi l’adhérence et la stabilité, notamment dans les virages à grande vitesse. La conception, l’angle et la position de l’aileron arrière peuvent être ajustés pour optimiser les niveaux d’appui en fonction des conditions de piste spécifiques et des préférences du pilote.

Quel est le rôle de l’aileron arrière en F1 ?

L’aileron arrière en Formule 1 remplit plusieurs fonctions, principalement axées sur la performance aérodynamique. Sa fonction principale est de générer de l’appui, une force dirigée vers le bas qui plaque la voiture sur la piste, augmentant ainsi l’adhérence des pneus et permettant des vitesses de passage en virage plus élevées. L’aileron arrière crée une force descendante qui enfonce les pneus motrices dans le sol. Il stabilise également la suspension arrière.

Cependant, l’aileron arrière contribue aussi à la traînée globale de la voiture, ce qui peut affecter la vitesse en ligne droite. En général, les ailerons conférant plus d’appui génèrent aussi plus de traînée, ralentissant la voiture en ligne droite. Ainsi, sur les circuits avec de longues lignes droites, les équipes utilisent souvent des ailerons arrière plus petits pour réduire la traînée et augmenter la vitesse de pointe.

De plus, l’aileron arrière joue un rôle dans l’équilibre aérodynamique de la voiture, travaillant en collaboration avec l’aileron avant et d’autres composants aérodynamiques pour maintenir la stabilité et optimiser la performance. Les équipes ajustent finement l’angle, la forme et la taille de l’aileron arrière en fonction des tracés et des conditions météo.

Pourquoi les voitures de Formule 1 ont-elles des ailerons ?

Les ailerons jouent un rôle important pour maintenir les voitures fermement au sol. Les vitesses atteignant ou dépassant parfois 360 km/h sont suffisantes pour faire décoller les voitures dans les airs.
 
Contrairement aux avions, la voiture est conçue pour rouler sur l’asphalte ou le sol. Les avions sont dotés de profils aérodynamiques qui les aident à décoller à une vitesse optimale. Les voitures, quant à elles, atteignent des vitesses similaires à celles d’avions de masse équivalente. Il est donc probable que de telles voitures décollent, ou du moins quittent le sol, et que leur conducteur perde le contrôle. Le résultat serait catastrophique.
 
Les ailerons d’une voiture sont en fait des profils aérodynamiques montés à l’envers par rapport à ceux d’un avion. Le but est de produire une force descendante plusieurs fois supérieure au poids de la voiture. Cela aide la voiture à rester fermement sur l’asphalte. En conséquence, les pneus adhèrent efficacement à la route et la voiture ne dérape pas dans les virages. Le pilote peut ainsi la manœuvrer en toute sécurité.
 
L’aileron avant d’une voiture de Formule 1 contribue à hauteur de 40 % à la force d’appui totale. Il est chargé de diriger le vortex d’air vers les panneaux de plancher. Comme il est le premier composant de la voiture à interagir avec l’air, il canalise ensuite ce flux vers le reste de l’aérodynamique. Il dirige une partie de l’air vers les pontons afin de refroidir un moteur refroidi par air. Le reste du flux est orienté de manière à créer le moins de traînée possible.
 
L’aileron arrière de la voiture possède une courbure plus faible que celui de l’avant et est placé en hauteur. Ces ailerons comportent des plaques latérales et génèrent une force descendante représentant jusqu’à 20 % du total. Cette poussée stabilise l’arrière de la voiture, l’empêchant de déraper dans les virages.

Comment l’aileron arrière de F1 est-il construit ?

L’aileron arrière est l’un des dispositifs aérodynamiques les plus réglementés d’une voiture de Formule 1. Il existe des limites sur le nombre de profils utilisés, mais aussi sur leur largeur, leur géométrie et leur flexibilité. Le profil d’un aileron arrière dépendra du circuit. Les équipes disposent d’aileron spécifiques selon l’appui nécessaire pour une piste donnée.
 
La FIA autorise une largeur de 101 cm pour l’aileron arrière et 5 cm supplémentaires de chaque côté pour les plaques d’extrémité. L’extrémité de l’aileron est conçue et finalisée dans ces 5 cm. L’ensemble de l’aileron doit être positionné à 35 cm à l’avant de l’extrémité arrière de la voiture et mesurer 22 cm ou moins en profondeur. L’équipe doit aussi prendre en compte la flexibilité de l’élément.
 
Les dimensions autorisées permettent aux équipes d’ajuster l’appui généré par l’aileron arrière. L’angle auquel le profil est orienté est appelé angle d’attaque et dépendra généralement du circuit. La distance entre le bord d’attaque et le bord de fuite se nomme la corde. Modifier ces paramètres modifie l’appui produit du maximum au minimum.
 
Mais toute déviation du flux d’air a un prix : la traînée. Cette force de résistance est générée par l’air sur un objet en mouvement. La majorité de la traînée est produite par les ailerons car ils modifient le flux d’air pour produire de l’appui. Bien que l’appui améliore la vitesse en virage, la traînée ralentit la voiture dans les lignes droites rapides.

À quoi servent les points sur les ailerons arrière de F1 ?

Les points sur les ailerons arrière des voitures de Formule 1 font partie d’un système de surveillance introduit par la FIA (Fédération Internationale de l’Automobile) pour détecter et mesurer la flexion des ailerons à haute vitesse. Ils ont été introduits après les accusations de l’année dernière concernant la flexion des ailerons arrière en ligne droite. Ils sont appliqués par la FIA pour mesurer/détecter les mouvements de l’aileron.

Toutes les voitures doivent être équipées d’un ensemble d’autocollants jaunes sur les ailerons arrière, ce qui facilite la surveillance de la flexion éventuelle. La FIA impose une réglementation stricte sur la flexibilité des ailerons arrière afin d’assurer une concurrence équitable et d’empêcher les équipes de profiter d’un avantage indu via une flexion excessive.

Des points colorés ont été ajoutés aux ailerons arrière pour fournir un repère visuel permettant à la FIA de surveiller leurs mouvements. En suivant ces points pendant les courses, la FIA peut identifier les violations du règlement et appliquer des sanctions appropriées.

Comment les équipes de F1 contrecarrent-elles la traînée ?

L’appui généré par les ailerons arrière aide la voiture à améliorer sa vitesse en virage. Mais le pilote en paie le prix dans les longues lignes droites. La vitesse au bout d’une ligne droite dépend du profil et de l’angle d’attaque de l’aileron. Les équipes doivent trouver un juste milieu entre la vitesse en virage et en ligne droite pour obtenir de meilleurs temps au tour.
 
La traînée sur les ailerons arrière est causée par les tourbillons créés aux extrémités. Une méthode consiste à réduire la corde et l’angle d’attaque, ce qui diminue la traînée mais aussi l’appui. Cela réduit également l’espace nécessaire à l’installation du DRS.
 
Une autre méthode est de réduire la corde près des extrémités tout en diminuant l’angle d’attaque. Cela diminue la force des tourbillons et la traînée résultante. L’utilisation d’un aileron de type « cuillère » est une autre stratégie utilisée par les équipes pour limiter la traînée.

Un aileron « cuillère » est composé de deux profils incurvés superposés. Il réduit l’angle d’attaque. La répartition de l’appui y est elliptique, avec un maximum au centre et une diminution vers les extrémités. Les ailerons cuillère sont utilisés sur des circuits nécessitant moins d’appui.
 
Ces ailerons produisent donc globalement moins d’appui. Voilà pourquoi on les utilise sur des circuits où un compromis entre traînée et appui est possible. Un aileron de ce type est inadapté à Monaco, où un maximum d’appui est nécessaire.

Qu’est-ce qu’un aileron arrière ajustable ?

Avec le changement de règlement en 2011, l’aileron arrière ajustable est apparu en Formule 1. L’aileron avant ajustable a disparu, mais le pilote a gagné un meilleur contrôle sur le ratio appui/traînée. Cela a rendu le sport plus compétitif et a accru les opportunités de dépassement. La F1 est devenue plus divertissante pour les fans.
 
Modifier l’angle de l’aileron avant change l’équilibre de la voiture mais produit peu d’effet sur la traînée, donc peu d’impact sur la vitesse. Par conséquent, l’aileron avant ajustable ne favorisait pas les dépassements.
 
À l’inverse, modifier l’angle de l’aileron arrière influe sensiblement sur la traînée. Utilisé intelligemment, l’aileron réglable réduit significativement la traînée sur les longues lignes droites, augmentant ainsi la vitesse. À faible vitesse, en virage serré, on augmente l’angle pour produire plus d’appui.
 
Mais si tous les pilotes réduisaient l’angle au minimum en course, leurs voitures seraient toutes rapides en ligne droite. C’est pourquoi la réglementation impose que cet ajustement ne soit libre qu’en essais et qualifications. Durant la course, seules certaines conditions définies permettent son activation.
 
Un pilote en chasse peut réduire l’angle de l’aileron s’il est à moins d’une seconde de la voiture devant lui. Cela réduit la traînée et favorise le dépassement. Le pilote devant ne peut pas modifier l’angle pour se défendre.
 
Ce changement est interdit pendant les deux premiers tours, après un restart ou lorsque la voiture de sécurité est en piste. Il peut aussi être bloqué si la piste est jugée dangereuse.
 
L’angle peut aussi être ajusté dans les zones DRS désignées. Ces modifications sont surveillées électroniquement par la FIA durant toute la course. Un voyant informe le pilote lorsqu’il est autorisé à activer son DRS. Toute infraction est sanctionnée.
 
La FIA estime qu’une voiture peut réduire sa traînée jusqu’à 12 % grâce à cet ajustement.

Quelle a été la première voiture de F1 équipée d’un aileron arrière ?

La première voiture de Formule 1 équipée d’un aileron arrière fut la Ferrari 312/67 pilotée par Chris Amon lors du Grand Prix de Belgique 1968. Mauro Forghieri de Ferrari conçut un aileron monté sur la 312/67 d’Amon.

C’était la première fois qu’un aileron était utilisé en course. Ferrari l’a monté sur la voiture de tête d’Amon, qui a décroché la pole. L’introduction de l’aileron marqua une étape importante pour l’aérodynamique en F1. Les équipes commencèrent à comprendre l’impact de l’appui sur les performances.

Brabham et Ferrari furent les premières à tester des ailerons. Cela s’est produit lors du GP de Belgique 1968. Bien qu’Amon ait signé la pole, il abandonna en course à cause d’une panne de pompe à essence. Néanmoins, le potentiel des ailerons était démontré, et d’autres équipes ont rapidement adopté leurs propres versions.

Combien coûte un aileron arrière de F1 ?

Le coût d’un aileron arrière de F1 varie selon les équipes et les conceptions spécifiques, mais il reste généralement très élevé en raison des matériaux avancés, de l’ingénierie et du développement impliqués.

Un aileron arrière peut coûter entre 77 000 $ et 136 000 $ par unité. Ce coût élevé est attribué à la conception aérodynamique complexe, aux matériaux composites légers, et au besoin d’un ajustement aux pistes spécifiques.

Les équipes modifient souvent la conception de leurs ailerons après chaque course, pour un coût compris entre 85 000 $ et 150 000 $. Ces modifications fréquentes augmentent encore les dépenses liées à cet élément essentiel.

Il est important de noter que ces chiffres ne représentent que le prix d’un seul aileron. Sur une saison, les équipes utilisent plusieurs configurations et remplacements, ce qui augmente considérablement les coûts liés à cet élément aérodynamique crucial.

Traduit à partir de l’article anglais “How Do Formula 1 Rear Wings Work?“