Qu’est-ce que l’appui aérodynamique en F1 ?

L’appui aérodynamique est un élément essentiel pour qu’une voiture de Formule 1 aille vite en piste, mais pourquoi est-ce le cas ? Comment les équipes déterminent-elles les niveaux corrects d’appui nécessaires et quels facteurs externes l’influencent ? Continuez à lire pour le découvrir.

Qu’est-ce que l’appui aérodynamique ?

L’appui aérodynamique est la composante verticale des forces aérodynamiques agissant sur la voiture. Lorsque la voiture se déplace dans l’air, cet appui pousse le véhicule vers le sol. En termes d’aérodynamique, il existe en réalité trois forces : l’appui (force verticale), la traînée (force longitudinale) et les forces latérales (forces transversales), avec trois moments associés autour de ces axes.

L’appui est sans aucun doute la force la plus importante en matière de performance, car plus une voiture est plaquée au sol, plus elle peut passer rapidement dans les virages et meilleure est sa maniabilité. Lorsque les niveaux d’appui changent, les pilotes le ressentent nettement. Une réduction de l’appui rend la voiture plus instable et sujette au survirage, avec l’arrière moins collé à la piste, mais offre moins de traînée sur les lignes droites. À l’inverse, une voiture avec plus d’appui paraît plus ancrée au sol, mais sur les lignes droites, vous avez presque l’impression d’avoir un parachute à l’arrière.

Pour vous donner une idée de la quantité d’appui générée par les F1 modernes, les chiffres sont comparables à ceux des anciens règlements. À environ 150 km/h, une voiture génère autant d’appui que son propre poids (le poids minimum du véhicule est de 795 kg). En fin de ligne droite, lorsque la voiture atteint sa vitesse maximale, elle génère probablement trois à quatre fois son poids en appui.

On pourrait penser que l’appui est plus important dans les virages rapides, où les charges aérodynamiques sont plus élevées. Cependant, les voitures passent beaucoup de temps dans des sections à basse et moyenne vitesse, où les pertes de temps sont les plus importantes sur un tour. C’est donc là que l’appui est le plus crucial. Si vous arrivez à plaquer la voiture davantage au sol dans ces portions complexes et lentes, vous obtiendrez une meilleure adhérence et une meilleure traction à l’entrée et la sortie des virages.

Quelles parties d’une F1 génèrent de l’appui aérodynamique ?

La majeure partie de l’appui généré par une F1 provient du plancher, mais les ailerons avant et arrière y contribuent également de manière significative. Ces deux éléments permettent aussi de régler plus facilement le niveau d’appui, en modifiant l’angle de l’aileron avant ou la profondeur et l’angle du volet de l’aileron arrière afin d’obtenir différents niveaux d’appui.
 
Toutefois, même si ce sont les éléments aérodynamiques les plus évidents, toute la voiture génère de l’appui. Chaque surface ou pièce touchée par l’air crée une certaine forme d’appui. Le défi pour les aérodynamiciens est de faire travailler tous ces éléments ensemble de façon harmonieuse afin d’optimiser les performances de la voiture.

Comment les équipes de F1 développent-elles un package d’appui aérodynamique ?

La première étape pour développer un package aérodynamique est de penser aux structures d’écoulement que l’on souhaite créer autour de la voiture, afin d’améliorer ses performances ou de cibler des caractéristiques spécifiques d’un circuit.
 
On commence par recourir à la dynamique des fluides numérique (CFD), en testant différentes géométries et en observant lesquelles sont efficaces. Si on obtient les résultats escomptés en CFD, on choisit ensuite ce qui sera testé en soufflerie.
 
Sur piste, la voiture se déplace dans l’air, mais en soufflerie, c’est l’inverse : la voiture reste immobile, la route défile sous le modèle miniature et le vent est soufflé dessus. Cela permet de simuler le même mouvement relatif entre la voiture, la piste et l’air que dans des conditions réelles. Compte tenu des limitations actuelles des essais en piste, la soufflerie est un outil essentiel en F1.
 
Cependant, en raison des restrictions aérodynamiques imposées par la F1, le temps accordé à chaque équipe pour utiliser la CFD et la soufflerie dépend de sa position au Championnat. Plus une équipe est haut placée au classement, moins elle a de temps pour faire des tests. Cette règle s’applique tant au classement du 1er janvier (Mercedes était champion à cette date en 2022, donc avait le moins de temps) qu’à celui du 1er juillet (où Mercedes était troisième, ce qui lui donnait plus de temps que les deux premières équipes).
 
Une fois qu’un composant a été validé en soufflerie, il revient aux départements de fabrication de créer la pièce et de l’acheminer vers la piste.

Quels facteurs externes influencent l’appui aérodynamique ?

Un facteur externe clé influençant l’aérodynamique d’une voiture est la météo, et notamment le vent. L’aérodynamique est très sensible aux changements de direction ou de vitesse du vent, ce qui peut affecter le comportement de la voiture.
 
Par exemple, un virage pris avec un vent de face signifie que vous l’abordez à une vitesse légèrement inférieure, mais avec plus d’appui car le vent pousse la voiture vers le sol, permettant un passage en courbe plus rapide. En revanche, un vent arrière augmente la vitesse d’entrée en virage mais réduit l’appui, ce qui rend la voiture plus légère, car il y a moins de pression vers le bas.
 
L’altitude est un autre facteur important, car elle impacte la densité de l’air et donc la quantité de particules disponibles pour générer de l’appui. À Mexico, par exemple, l’altitude est très élevée, ce qui signifie une faible densité de l’air, donc moins de particules pour appuyer la voiture au sol. On peut donc y utiliser les mêmes ailerons à fort appui qu’à Monaco ou Budapest, mais ils produisent des niveaux d’appui similaires à ceux de Monza, avec des vitesses de pointe record sur la saison.
 
La voiture se comporte donc différemment à Mexico, et les pilotes le ressentent. Cela représente aussi un défi pour le refroidissement, car moins d’air passe dans les radiateurs et les ouïes, ce qui limite le refroidissement des composants essentiels comme le Groupe Propulseur et les freins. Des dispositifs de refroidissement supplémentaires sont donc généralement prévus pour cette course.

Vidéo : Qu’est-ce que l’appui aérodynamique et pourquoi est-il si important en F1 ?

Mexico est un lieu unique en F1, avec une altitude élevée qui influence considérablement le comportement aérodynamique des voitures sur la piste. Notre dernière vidéo explicative revient sur l’importance de l’appui en F1, avec des interviews de Mike Elliott (directeur technique), Claire Simpson (responsable du groupe aérodynamique), Kathryn Richards (technicienne soufflerie) et George Russell (pilote de la voiture n°63).

Informations fournies dans cet article via un communiqué de presse Mercedes-AMG Petronas.

Traduit à partir de l’article anglais “What Is Downforce In F1?“