Quel impact l’altitude élevée a-t-elle sur une voiture de F1 ?

L’altitude élevée a un impact significatif sur les performances d’une voiture de F1, principalement en raison de la réduction de la densité de l’air en haute altitude. Cette diminution de la densité de l’air affecte plusieurs aspects clés des performances de la voiture, notamment l’aérodynamique, la puissance du moteur et l’efficacité du refroidissement. Les équipes de F1 doivent soigneusement prendre en compte et s’adapter à ces défis lorsqu’elles courent sur des circuits en altitude, comme l’Autódromo Hermanos Rodríguez à Mexico, situé à une impressionnante altitude de 2 285 mètres (7 500 pieds) au-dessus du niveau de la mer (soit cinq fois la hauteur des Tours Petronas à Kuala Lumpur).

L’effet le plus notable de l’altitude élevée sur une voiture de F1 est la diminution des performances aérodynamiques. À mesure que la densité de l’air diminue, l’efficacité des ailes, diffuseurs et autres composants aérodynamiques de la voiture est réduite. Cela entraîne une perte d’appui, soit la force verticale qui plaque la voiture sur la piste, offrant de l’adhérence et permettant d’aborder les virages à grande vitesse. Pour compenser cette perte d’appui, les équipes doivent ajuster les configurations aérodynamiques de la voiture, en optant par exemple pour des niveaux d’appui plus élevés ou en modifiant les angles d’ailes et les hauteurs de caisse.

Un autre aspect critique affecté par l’altitude élevée est la puissance du moteur. Les moteurs de F1 fonctionnent grâce à la combustion du carburant et de l’air, et la densité moindre en oxygène rend ce processus moins efficace. Résultat : la puissance moteur peut chuter de 20 à 25 % comparée aux conditions au niveau de la mer. Pour limiter cette perte de performance, les équipes peuvent ajuster la cartographie moteur, les débits de carburant et les réglages du turbocompresseur afin d’optimiser les performances selon les conditions d’altitude spécifiques.

Comment le niveau d’altitude du Mexique se compare-t-il à d’autres circuits de F1 ?

L’Autódromo Hermanos Rodríguez est situé au sud-est du centre de Mexico avec une pression ambiante de seulement 780 hPa – alors qu’au niveau de la mer, celle-ci est d’environ 1 000 hPa, soit environ 20 % de moins. Bien qu’en haute altitude, c’est l’un des circuits les plus plats de la F1, avec une variation d’altitude de seulement 3 mètres entre le point le plus bas et le plus haut. Cela s’explique en partie par le fait que Mexico est construite dans la « Vallée de Mexico » sur un ancien lac.

Concernant les autres circuits de F1, aucun ne s’en approche. En fait, le circuit de Mexico est situé à près de 1 500 m d’altitude de plus que le suivant, Interlagos, qui se trouve à 800 m au-dessus du niveau de la mer.

Donc, bien que la météo et les températures à Mexico ne soient pas très différentes des autres week-ends de course, les conditions atmosphériques uniques y imposent des défis particuliers aux équipes.

Pourquoi l’altitude élevée affecte-t-elle les voitures de F1 ?

L’altitude affecte tout ce que font les équipes, que ce soit une course à pied dans Mexico ou le fonctionnement du turbocompresseur injectant l’oxygène dans le moteur. Tout est question de nombre de particules d’air et de densité à cette hauteur spécifique.

Plus on s’élève dans l’atmosphère, plus l’air devient léger. En effet, l’air a un poids, donc plus on est proche du niveau de la mer, plus l’air est comprimé, donc plus dense. À 2 285 m d’altitude, la densité de l’air est environ 25 % plus faible, soit un quart d’oxygène en moins.

Trois éléments fondamentaux d’une voiture de F1 dépendent de l’air : l’aérodynamique, le refroidissement et le Power Unit. Moins d’air signifie donc des performances différentes.

L’altitude n’impacte pas directement la course elle-même, puisqu’elle affecte tous les concurrents de la même manière, et les longues lignes droites et zones DRS favorisent les dépassements. Cependant, l’altitude touche chaque voiture différemment, modifiant parfois la hiérarchie de performance au Mexique.

Comment l’altitude affecte-t-elle l’aérodynamique d’une voiture de FORMULE 1 ?

En raison de la minceur de l’air, la traînée d’une voiture de F1 à Mexico est beaucoup plus faible. Il y a moins de particules à repousser, ce qui permet à la voiture de fendre l’air plus rapidement et avec moins de perturbations. Voilà pourquoi les voitures atteignent de telles vitesses en ligne droite à Mexico (350 km/h), avec des ailes équivalentes à celles utilisées à Monaco.

Cependant, moins de particules d’air signifie aussi moins d’appui généré pour plaquer la voiture au sol. En fait, la perte d’appui est d’environ 25 % à Mexico. On utilise donc un niveau d’appui maximum – équivalent à celui de Monaco – qui génère en réalité un appui semblable, voire inférieur, à celui d’une configuration utilisée à Monza, en raison de la faible densité de l’air.

L’adhérence aérodynamique est faible à Mexico, mais comme on peut monter de grandes ailes sans pénalité de traînée, la vitesse de pointe reste très élevée.

Quel est l’impact de l’altitude sur le Power Unit ?

Avec un moteur atmosphérique, les pertes de performance à cette altitude seraient plus importantes, car il dépend de l’oxygène naturellement aspiré pour la combustion. Cela entraînerait une baisse d’environ 25 %, mais les Power Units actuels y échappent grâce au turbocompresseur.

En effet, le turbo tourne à très haute vitesse pour injecter plus d’air dans le moteur – environ trois fois plus d’air dans des conditions normales. Plus d’air = plus de carburant et donc plus de puissance. Au Mexique, le turbo doit travailler plus dur, en tournant plus vite pour compenser la faible densité d’air.

Cependant, il ne peut pas tout compenser. Faire tourner le turbo 20 % plus vite n’est pas viable – il a été conçu pour des conditions standards, pas la pression unique de Mexico. On constate donc malgré tout une réduction significative de la puissance, contrebalancée en partie par la faible traînée qui permet aux voitures d’atteindre des vitesses incroyables sur la longue ligne droite.

De plus, la récupération d’énergie via le MGU-H est moindre, car moins d’air = moins de puissance = moins de gaz d’échappement à récupérer. Certains fabricants sont avantagés selon la taille de leur turbo et l’agencement du Power Unit.

Pourquoi le refroidissement moteur est-il affecté par l’altitude élevée ?

Le système de refroidissement F1 repose sur les particules d’air froid passant dans les prises d’air, récupérant la chaleur des composants et étant ensuite expulsées. En altitude, moins d’air passe dans les radiateurs, conduits, etc., et le refroidissement est donc réduit, ce qui pousse les éléments de la voiture comme le Power Unit et les freins à surchauffer, ou alors à nécessiter des conduits bien plus larges pour compenser.

Les équipes essaient évidemment d’ouvrir au maximum les prises d’air, de les agrandir pour faire entrer plus d’air, mais cela nuit à la performance aérodynamique et augmente la traînée. Un équilibre doit donc être trouvé.

Gérer correctement le refroidissement est probablement le plus grand défi au Mexique. Pour le Power Unit, le manque d’air limite les capacités de refroidissement, ce qui nécessite une gestion minutieuse pour garantir la fiabilité. Une surchauffe des freins peut causer une usure accélérée ou du glaçage (surface vitrifiée et perte de friction). De plus, le turbo tournant plus vite subit plus de contraintes mécaniques. Tous ces points techniques ajoutent au défi du Grand Prix de Mexico.

Quel est le circuit le plus haut en F1 ?

Le circuit le plus haut en F1 est l’Autódromo Hermanos Rodríguez à Mexico, situé à 2 285 mètres d’altitude au-dessus du niveau de la mer, faisant de lui le lieu le plus élevé du calendrier F1 actuel.

Il devance de plus de 1 000 m le second circuit le plus haut, l’Autódromo José Carlos Pace (Interlagos) à São Paulo, situé à environ 800 m d’altitude.

Pourquoi les voitures de F1 sont-elles plus rapides au Mexique ?

Les voitures de F1 sont généralement plus rapides à l’Autódromo Hermanos Rodríguez malgré l’altitude élevée, en raison de plusieurs facteurs liés à la conception du circuit et aux conditions atmosphériques uniques.

Lignes droites longues : Le circuit de Mexico comporte deux longues lignes droites, la principale et l’arrière, permettant aux voitures d’atteindre des vitesses très élevées. La faible densité de l’air diminue la résistance aérodynamique, favorisant ces vitesses maximales.

Virages rapides : Le tracé présente plusieurs virages rapides qui conviennent à une configuration aérodynamique à faible appui. Avec moins d’air, les voitures génèrent moins d’appui, ce qui est un avantage dans ces sections à haute vitesse, car cela réduit la traînée globale.

Performance du turbo : Les turbocompresseurs des Power Units F1 sont conçus pour comprimer l’air entrant afin de maintenir une combustion optimale. En altitude, ils peuvent tourner plus vite grâce à la faible densité de l’air, compensant partiellement la perte de puissance liée au manque d’oxygène.

Efficacité du refroidissement : La faible densité de l’air affecte aussi le refroidissement des systèmes comme le moteur, les freins et l’électronique. Cependant, les températures plus basses fin octobre, lorsque la course a habituellement lieu, aident à contrebalancer ces défis.

Est-ce que l’altitude affecte la F1 ?

L’altitude a un impact significatif sur les performances des voitures de F1, menant à une réduction de la puissance moteur et des changements en aérodynamique. Cela est dû à la baisse de densité de l’air à haute altitude.

À mesure que l’altitude augmente, l’air devient plus léger et contient moins de molécules d’oxygène pour le moteur à combustion. Résultat : moins de puissance. En moyenne, la puissance baisse d’environ 1 % tous les 100 m au-dessus du niveau de la mer.

Par exemple, l’Autódromo Hermanos Rodríguez (2 240 m d’altitude) engendre une baisse de performance moteur d’environ 22 % par rapport à un circuit au niveau de la mer comme Yas Marina à Abou Dhabi.

L’aérodynamique est aussi affectée : l’air plus fin réduit la traînée, facilitant les vitesses en ligne droite. Mais cela entraîne une perte d’appui, cruciale pour l’adhérence en virage et les chronos au tour.

Pour contrer ces effets, les équipes doivent massivement ajuster les réglages : plus d’appui, modification de la cartographie moteur et du débit de carburant, etc., pour maximiser les performances selon l’altitude.

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Vous débutez en Formule 1 ? Consultez notre Glossaire des termes F1 ainsi que notre Guide du débutant en F1 pour tout apprendre rapidement.

Certaines informations dans cet article proviennent du communiqué presse de l’équipe Mercedes-AMG Petronas F1.

Traduit à partir de l’article anglais “What Impact Does High Altitude Have On An F1 Car?“