Comment une voiture de Formule 1 est-elle fabriquée ?

Comment une voiture de FORMULE 1 est-elle fabriquée ? Les ingénieurs F1 utilisent des logiciels de CAO, d’analyse par éléments finis et d’analyse des contraintes pour concevoir, analyser et affiner le châssis. Les étapes suivantes donnent une vue simplifiée des étapes de base de la production de tous les composants en fibre de carbone de la voiture. Les principaux composants qui composent le châssis sont la cellule de survie, les structures de retournement, les réservoirs de carburant et les lestages.

Comment une voiture de Formule 1 est-elle fabriquée ?

Des machines de fraisage à cinq axes sont utilisées pour découper les patrons pour le châssis en époxy solide. Ces machines représentent le summum de l’ingénierie automobile, lisant les données du fichier de conception CAO pour reproduire avec précision les dimensions et les contours selon les patrons. Si des défauts sont présents dans les patrons, ils seront reproduits dans le châssis en découlant, il est donc crucial que les patrons soient sans défaut.

Les patrons finis sont précis à +/- 0,05 mm. L’époxy est utilisé à la place des métaux pour garantir que lors du processus de durcissement à très haute température (plus de 130 degrés), la dilatation thermique soit réduite.

Des moules femelles sont réalisés à partir de ces mêmes patrons. La production a lieu dans une salle blanche, essentiellement une pièce isolée du reste de l’usine par des sas à double porte. L’environnement y est strictement contrôlé (pression de l’air, humidité, température) et les ouvriers doivent porter des combinaisons et chaussures spéciales en permanence.

Les moules sont fabriqués à l’aide de fibre de carbone. Le processus traverse plusieurs étapes, subissant divers traitements de vide, de superposition et de durcissement thermique. Les matériaux composites jouent un rôle crucial dans la construction du châssis, leur utilisation étant réglementée pour garantir sécurité et performance.

Des moules supérieurs et inférieurs sont utilisés dans la production, le châssis étant construit en deux moitiés réunies ensuite. Une extrême attention est portée lors du retrait des patrons de leurs moules pour éviter de les endommager.

L’extérieur des moules finis est ensuite usiné pour éliminer des imperfections. Ces moules servent ensuite à produire tous les châssis requis pour la saison.

Les châssis eux-mêmes sont réalisés à partir de couches de tissu en fibre de carbone. Plusieurs types de tissus différents sont utilisés, et l’orientation des plis est cruciale – ils doivent être alignés dans une direction spécifique pour répondre aux exigences de rigidité et aux contraintes directionnelles auxquelles chaque zone du châssis est soumise. L’utilisation de la fibre de carbone est essentielle pour augmenter les performances et la sécurité de la voiture, avec une collecte de données et une rétroaction constantes pour garantir des résultats optimaux.

Le processus nécessite plusieurs centaines de plis de tissu de carbone pour chaque châssis, composés de nombreuses formes différentes pour atteindre les propriétés souhaitées. Ces formes sont découpées à l’aide de machines informatisées pour assurer une reproduction précise d’un châssis à l’autre.

Le nombre de plis utilisés et leur orientation varient selon les zones du châssis. Par exemple, davantage de plis sont ajoutés dans les zones très sollicitées comme les points de fixation de la suspension et du moteur. Les plis sont comptés au fur et à mesure de leur application, tout comme l’orientation et la position de chaque couche.

Pour s’assurer du bon positionnement des plis, les ouvriers se réfèrent à des manuels de référence contenant des descriptions visuelles annotées indiquant exactement comment appliquer chaque pli. Une fois un pli posé, un inspecteur vérifie sa position selon le manuel avant d’autoriser l’application du suivant.

Après que les plis aient été mis en place dans le moule, l’ensemble est placé dans un sac sous vide puis dans un autoclave (un grand four permettant un durcissement thermique sous température et pression contrôlées). Le sac est mis sous vide, comprimant les plis entre eux.

Les hautes températures de l’autoclave interagissent avec la résine préimprégnée entre les plis, la faisant s’écouler uniformément à travers le tissu. Lorsque la résine durcit, elle devient solide et fusionne tous les plis en une masse compacte représentant une des moitiés du châssis. C’est à ce moment que d’autres composants peuvent être intégrés à la structure, comme des inserts métalliques et des goujons de fixation. Ceux-ci serviront ultérieurement à monter divers composants sur le châssis. La dynamique des fluides numérique est utilisée pour affiner l’aérodynamique de la voiture avant la fabrication. Le système de réduction de traînée, introduit en 2011, joue un rôle crucial en réduisant la résistance de l’air et en augmentant la vitesse de pointe en permettant à une partie de l’aileron arrière de s’ouvrir en ligne droite.

Les deux moitiés de châssis ainsi terminées sont ensuite extraites des moules et collées ensemble pour former une coque solide. Des cloisons sont collées à la coque pour servir de points de fixation aux basculeurs de la suspension avant et au dossier du siège du pilote. Les zones à coller subissent un nettoyage rigoureux, car la solidité de la liaison repose uniquement sur la colle, sans recours à des fixations métalliques. Des pinces spéciales sont utilisées lors du collage afin de garantir la précision du processus.

Un usinage final est effectué sur le châssis pour ajouter les détails nécessaires et les points de fixation de la suspension. Là encore, des pinces spéciales servent à garantir la précision des opérations. Le système de récupération d’énergie est intégré dans le châssis pour maximiser l’efficacité. Les besoins de refroidissement de l’unité de puissance sont également pris en compte, avec des entrées de radiateur principales judicieusement placées.

Toutes les étapes précédentes incluent une inspection rigoureuse à chaque stade du processus. Un service d’inspection des composites est mis en place où toutes les pièces concernées et les éléments collés sont examinés après l’autoclave et avant de poursuivre le montage ou d’être intégrés au véhicule. La sécurité du pilote étant une priorité absolue, ces procédures de test et d’inspection sont essentielles. Réduire la traînée est aussi vital pour la stabilité à haute vitesse, obtenue grâce à une conception et une implémentation soignées des éléments aérodynamiques.

Les pièces sont également ramenées pour inspection après chaque course. Certaines font l’objet d’un planning d’inspection/service automatique avec retour programmé à une date donnée. Cela peut inclure des tests Non-Destructifs (NDT) des joints, de l’état du stratifié, des contrôles de fermeté, des inspections visuelles ou un nettoyage approfondi.

Par ailleurs, le châssis de toute nouvelle voiture de course doit subir une série de crash tests rigoureux de la FIA qu’il doit réussir pour être homologué et autorisé à courir. Ces tests d’impact sont réalisés sous supervision d’un officiel de la FIA. Plusieurs tests sont effectués, regroupés en impacts, tests de structure de retournement et tests de translation latérale.

C’est un accomplissement remarquable que ces machines extraordinaires soient imaginées, conçues et construites entièrement chaque année.

Vidéo sur la fabrication d’une voiture de Formule 1 avec de la fibre de carbone

Cette vidéo explique comment une voiture de Formule 1 est fabriquée.

Combien de temps faut-il pour construire une voiture de Formule 1 ?

Construire une voiture de Formule 1 est un processus complexe et long comprenant plusieurs étapes, de la conception initiale à l’assemblage final. Le tout peut prendre plusieurs mois, chaque composant nécessitant un temps différent pour son développement et sa fabrication.

Conception et développement

Tout commence par la phase de conception et développement, qui peut prendre plusieurs mois. Les ingénieurs et designers travaillent sans relâche pour créer une voiture conforme aux dernières réglementations et optimisée pour les performances. Par exemple, la conception d’éléments aérodynamiques comme l’aileron avant peut prendre 4 à 6 semaines après les premiers tests en soufflerie.

Fabrication

Une fois le design finalisé, débute la fabrication. Cette étape implique la production de milliers de pièces, chacune nécessitant une ingénierie de précision et des matériaux de haute qualité. Le temps de fabrication varie selon la complexité : certaines pièces sont réalisées rapidement, d’autres, en matériaux composites ou nécessitant un usinage complexe, prennent des semaines voire des mois.

Assemblage

Une fois toutes les pièces fabriquées, l’assemblage peut commencer. C’est un processus minutieux durant généralement environ une semaine pour la première voiture. Les ingénieurs s’assurent que chaque composant s’ajuste parfaitement et fonctionne correctement. De nombreux tests de performance et de sécurité sont inclus à cette étape.

Développement continu

Il est important de noter que le développement continue tout au long de la saison. Même après l’assemblage initial, les équipes améliorent et mettent à jour les composants pour rester compétitives et répondre aux changements de règlements ou de conditions de piste.

En résumé, la construction initiale prend environ une semaine, mais tout le processus dure plusieurs mois. L’expertise de centaines d’ingénieurs, designers et techniciens est nécessaire pour donner vie à ces machines de haute performance.

De quoi est fait le dessous d’une voiture de F1 ?

Le dessous d’une voiture de Formule 1, aussi appelé plancher ou “plank”, joue un rôle crucial dans l’aérodynamique et la performance globale. Il gère l’écoulement de l’air sous la voiture, contribuant à l’appui et à la stabilité.

La planche

Un des éléments distinctifs du dessous d’une F1 est la planche en bois, aussi appelée “skid block”. Elle est généralement fabriquée en Jabroc, un matériau composite dense à base de placages de hêtre et de résine. Elle a plusieurs fonctions :

1. Conformité réglementaire : la FIA impose son utilisation pour limiter la hauteur minimale du châssis afin d’uniformiser les règles d’effet de sol.
2. Indicateur d’usure : si la planche s’use au-delà d’un certain seuil durant une course, la voiture est jugée trop basse, et des pénalités peuvent être infligées.

Skid Blocks

En plus de la planche, des patins (skid blocks) en titane sont ajoutés sous la voiture. Ils protègent le plancher et génèrent des étincelles spectaculaires lorsqu’ils frottent l’asphalte, agissant également comme indicateur visuel de la hauteur de caisse.

Matériaux avancés

Le reste du plancher est fabriqué en matériaux composites avancés comme la fibre de carbone. Ces matériaux sont choisis pour leur solidité, leur légèreté, et leur capacité à être moulés selon des formes complexes optimisant l’aérodynamique.

Permaglass

Certaines parties du dessous utilisent aussi du Permaglass, un plastique renforcé de fibre de verre. Ce matériau est utilisé pour sa durabilité et sa résistance à l’usure, augmentant ainsi la performance et la longévité de la voiture.

En somme, le dessous d’une F1 est une combinaison sophistiquée de matériaux assurant performance, conformité réglementaire et protection. L’utilisation du Jabroc, du titane, de la fibre de carbone et du Permaglass illustre toute l’avancée technologique et l’ingénierie méticuleuse investies dans chaque aspect d’une voiture de Formule 1.

Quel est le poids minimum d’une voiture de F1 ?

Le poids minimum est un aspect crucial du règlement F1. En 2024, celui-ci est fixé à 796 kg (1 755 lb), incluant le pilote et son équipement complet (casque, combinaison, etc.).

Évolution de la réglementation sur le poids

Le poids minimum des F1 a augmenté au fil du temps, reflétant l’introduction de technologies, les mesures de sécurité, et les groupes motopropulseurs hybrides. En 2022, le poids minimum était de 798 kg, légèrement abaissé pour 2024 à 796 kg pour intégrer divers ajustements techniques.

Poids du pilote

Le règlement impose aussi un poids minimum du pilote de 80 kg (176 lb), incluant le siège mais excluant les autres équipements. Si le pilote pèse moins, un lest est ajouté dans le cockpit. Cette règle, introduite en 2019, évite que les équipes profitent d’un pilote plus léger.

Impact sur les performances

Le poids influence fortement les performances. Une voiture plus lourde accélère moins vite et freine moins bien. Les équipes gèrent donc le poids de près pour rester au plus près de la limite règlementaire, tout en assurant la solidité et la sécurité du véhicule. L’ajout stratégique de lests permet aussi d’ajuster l’équilibre et la maniabilité.

Changements futurs

Pour 2026, la FIA prévoit de réduire le poids minimum de 40 à 50 kg, avec l’introduction de voitures et roues plus petites, afin d’améliorer l’agilité et l’efficacité globale.

En résumé, le poids minimum est de 796 kg en 2024, incluant pilote et équipement. Ce règlement garantit compétitivité et sécurité, tout en laissant les équipes optimiser performances via la gestion précise du poids. Les changements prévus promettent encore plus de gains en agilité et en avancées technologiques.

Une partie de ce texte provient d’un communiqué de presse de Mercedes-AMG.

Traduit à partir de l’article anglais “How Is A Formula 1 Car Made?“