Jusqu’où peut monter le régime d’un moteur de F1 ?

• Les moteurs actuels de F1 sont limités à 15 000 tr/min par les règles de la FIA, mais ils tournent généralement entre 11 000 et 12 000 tr/min pour une efficacité maximale.
• Les anciens moteurs de F1 comme les V10 dépassaient les 20 000 tr/min, mais les hybrides modernes privilégient la puissance, la consommation de carburant et la durabilité.
• Le régime moteur, le couple et la puissance travaillent ensemble pour optimiser l’accélération, la vitesse et la fiabilité des moteurs en Formule 1.

Les moteurs modernes de Formule 1 sont limités à un maximum de 15 000 tours par minute (tr/min) selon les règlements de la FIA, bien que la plupart des équipes fonctionnent entre 11 000 et 12 000 tr/min en course pour maintenir un équilibre entre puissance de pointe et efficacité énergétique.

Dans les ères précédentes, notamment avec les moteurs V10, les voitures de F1 pouvaient dépasser les 20 000 tr/min, mais les avancées en technologie hybride, les restrictions de débit de carburant et les mesures de réduction des coûts ont abaissé ces limites.

Les unités turbo-hybrides V6 de 1,6 litre d’aujourd’hui donnent la priorité à la puissance, à la fiabilité et à la durabilité plutôt qu’au seul régime moteur.

Jusqu’où peut vraiment monter le régime d’un moteur de F1 ?

Il y a deux façons de répondre à cette question : la limite de régime imposée par la FIA actuelle, et le potentiel physique de régime des moteurs de F1 sans restriction.

• Limite réglementaire : depuis 2014, toutes les unités de puissance de F1 sont limitées à 15 000 tr/min. En configuration course, elles tournent normalement entre 11 000 et 12 000 tr/min pour suivre les courbes d’efficacité et de débit de carburant.
• Limite technique : historiquement, les moteurs pouvaient atteindre des régimes bien plus élevés. Les V10 de 3,0 litres du début des années 2000 atteignaient régulièrement les 19 000 tr/min. En développement, certains prototypes ont dépassé les 20 000 tr/min.

Un exemple remarquable d’ambition technique provient de Cosworth. Pour affiner son V10 à la fin des années 1990, Cosworth a développé un prototype monocylindre atteignant les 20 000 tr/min. Ce « mulet » permettait de tester le comportement à haut régime, la combustion et la durabilité des composants, sans avoir à fonctionner avec un moteur complet à dix cylindres.

Principaux enseignements techniques :

• Mulets d’essai : Cosworth utilisait des moteurs monocylindres pour simuler les conditions d’un moteur complet – simplifiés, moins coûteux et plus rapides à développer.
• Fidélité de régime : ces prototypes reproduisaient le régime moteur des versions complètes, fournissant des données précises sur les charges mécaniques, le comportement de la distribution et les conditions thermiques.
• Extrapolation de puissance : le mulet monocylindre d’un V10 de 900 ch produisait 90 ch. De même, un prototype à trois cylindres du V12 de 1 000 ch de l’Aston Martin Valkyrie développait 250 ch, validant le modèle d’extrapolation.

Avec de tels chiffres, il est raisonnable de penser que si la Formule 1 levait les restrictions de régime moteur, les fabricants pourraient aisément dépasser la barre des 15 000 tr/min actuelle.

Les équipes de F1 utilisent encore aujourd’hui des prototypes réduits lors du développement, en particulier lorsqu’elles travaillent sur des configurations atmosphériques à haut régime pour des applications routières ou expérimentales. Ces techniques restent cruciales pour améliorer les performances tout en maîtrisant les coûts et les délais.

Pourquoi les voitures de Formule 1 montent-elles à un régime aussi élevé ?

Les moteurs de F1 tournent à des régimes extrêmement élevés car plus de tours par minute équivaut à davantage de cycles de combustion et donc une production d’énergie plus importante. Un régime moteur élevé permet aux équipes de tirer un maximum de performance d’une cylindrée compacte tout en respectant les limites imposées.

Voici comment la puissance est générée dans une unité de puissance hybride F1 moderne :

• Moteur thermique (ICE)
  Le V6 turbo de 1,6 litre actuel génère de la puissance à travers des cycles de combustion rapides. Lorsque le mélange air/carburant se consume dans les cylindres, les gaz en expansion déplacent les pistons qui font tourner le vilebrequin. Plus le vilebrequin tourne vite (dans les limites mécaniques), plus la puissance par seconde est élevée.
• Régime élevé = densité de puissance élevée
  Étant donné que les moteurs de F1 sont limités à 1,6 litre, les équipes s’appuient sur un régime moteur élevé pour extraire toute l’énergie nécessaire à la performance. À 12 000 tr/min, le moteur effectue 200 tours par seconde, avec une puissance exceptionnelle issue d’un bloc moteur compact.
• MGU-K (unité génératrice moteur – cinétique)
  Ce moteur récupère l’énergie au freinage, la convertit en électricité et la stocke dans le système de stockage. Il peut ensuite déployer jusqu’à 120 kilowatts (160 ch) de puissance en plus, directement vers la transmission.
• MGU-H (unité génératrice moteur – chaleur)
  Ce système capte l’énergie des gaz d’échappement de la turbine pour l’envoyer au MGU-K ou la stocker dans la batterie. Il maintient également le fonctionnement optimal du turbo pour réduire le lag. Il est connecté à l’axe de la turbine et convertit l’énergie thermique en électricité.

Ensemble, ces systèmes permettent aux voitures de F1 de combiner la puissance d’un moteur thermique à haut régime avec le couple instantané de l’électrique. Le résultat : des accélérations explosives, une efficacité améliorée et une récupération d’énergie indispensable en course.

Comment un moteur de F1 produit-il autant de tours par minute ?

Le vilebrequin, la boîte de vitesses et les arbres de transmission coordonnent le mouvement des pistons dans les cylindres pour produire de la puissance. L’énergie est ensuite transmise à la route via les roues, faisant avancer la voiture.

Des vitesses de piston plus basses réduisent le stress sur les bielles et le vilebrequin, tout en permettant une meilleure combustion. Un régime élevé rend aussi les moteurs plus bruyants. Les voitures de F1 utilisent généralement un rapport alésage/course élevé, générant plus de puissance et des vitesses de rotation importantes.

Un ratio typique est de 2,5 :1, ce qui signifie que le diamètre du piston est 2,5 fois plus grand que sa course. Ce diamètre plus large nécessite des soupapes plus grandes, ce qui améliore le flux d’air et donc la combustion.

Qu’est-ce que le couple, et pourquoi est-il important en Formule 1 ?

Le couple est la force de rotation produite par un moteur pour faire tourner le vilebrequin, et donc les roues. En F1, le couple est aussi important que la puissance car il influence l’accélération, notamment à la sortie des virages ou au départ.

Voici le rôle du couple en F1 :

• Définition
  Mesuré en newton-mètres (Nm), le couple représente une force de torsion appliquée à un objet rotatif. En F1, il fait tourner les roues via la boîte de vitesses et les arbres de transmission.
• Couple vs puissance
  La puissance mesure la rapidité avec laquelle le travail est accompli, le couple est la force qui le permet. Un couple élevé à bas régime aide à l’accélération, tandis qu’une puissance élevée à haut régime favorise la vitesse maximale. Les moteurs de F1 sont réglés pour équilibrer les deux.
• Importance en course
  Les moteurs de F1 modernes atteignent leur couple maximal entre 10 500 et 11 500 tr/min, zone où ils sont les plus efficaces. Cette constance garantit une réponse fluide de l’accélérateur, cruciale dans les virages, lors des dépassements, ou dans des conditions de faible adhérence.
• Récupération d’énergie
  Le MGU-K ajoute jusqu’à 160 ch de couple électrique directement au vilebrequin. Cette puissance supplémentaire compense les creux du moteur thermique et réduit le délai de réponse du turbo, pour une réponse moteur plus vive.
• Rapports de boîte
  Les F1 utilisent une boîte à 8 rapports fixes (y compris la marche arrière), choisis en début de saison. Les rapports courts multiplient le couple pour une meilleure accélération, les longs favorisent la vitesse de pointe. Les ingénieurs les choisissent en fonction du couple moteur et du type de circuit.

Sans couple, la puissance du moteur ne servirait à rien. Le gérer efficacement est essentiel pour les chronos, l’adhérence et l’usure des pneus, faisant du couple un élément clé du design moteur F1.

Combien de chevaux développe une voiture de F1 ?

Une F1 moderne développe environ 1 050 chevaux, en combinant puissance thermique et électrique.

Détails de cette puissance :

• Moteur thermique (ICE)
  Le V6 turbo 1,6 litre développe environ 850 ch selon la cartographie moteur et le mode carburant utilisés.
• MGU-K
  Ce moteur ajoute jusqu’à 120 kW, soit environ 160 ch, pendant un maximum de 33,3 secondes par tour.
• Puissance cumulée
  Les deux systèmes réunis atteignent entre 1 000 et 1 050 ch, selon le circuit, la stratégie de déploiement d’énergie et la météo.
• Qualifs vs course
  En qualifications, les équipes activent des modes plus agressifs, alors qu’en course, l’énergie est gérée pour optimiser la consommation et la durée de la batterie, ce qui réduit légèrement la puissance maximale.
• Débit de carburant
  La puissance est aussi régulée par la FIA à travers une limite de consommation de 100 kg/h, mesurée à un maximum de 10 500 tr/min.

Bien que les chevaux soient impressionnants, la performance en tour de piste dépend aussi de la récupération d’énergie, de la gestion du couple, de l’aérodynamique et de l’équilibre du châssis.

Les moteurs de F1 modernes sont des chefs-d’œuvre alliant performance extrême et conformité réglementaire. Limités à 15 000 tr/min, ils délivrent leur puissance optimale entre 11 000 et 12 000 tr/min tout en optimisant le couple, le flux de carburant et l’efficacité. Avec un héritage V10 à haut régime et l’évolution des systèmes hybrides, les moteurs F1 d’aujourd’hui privilégient la fiabilité et la gestion intelligente de la puissance à la seule course au régime. Comprendre les liens entre régime, couple et puissance permet de saisir ce qui rend une F1 non seulement rapide, mais aussi incroyablement efficace sous pression.

Traduit à partir de l’article anglais “How High Can An F1 Engine Rev?“