Ingénierie Auto (10)
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F1 & GTLe cas des voitures de courses et, dans une moindre mesure, de sport (Grand Tourisme, tout ça …) est particulier.

Il est clair que ces voitures doivent aller le plus vite possible dans les lignes droite et que travailler le Cx devrait être très important.

En réalité, c'est le Cz qui prime ; c.a.d la force d'appui, en particulier pour l'accroche dans les virages.

Rappelons que le Cz concerne la portance et qu'on la veut négative : elle doit pas s'envoler mais "coller" au maximum au sol avant tout.

Maintenant, le Cx et le Cz sont inter-dépendants… : accroître la force d'appui verticale a un impact sur le Cx.

Il faut donc bien savoir ce quel résultat l'on veut obtenir et déterminer un compromis (on n'a pas le droit actuellement d'employer des systèmes actifs faisant varier le Cx et Cz selon la portion de route).

Il en va de l'adhérence de la voiture afin que les roues accrochent bien au sol et qu'elles prennent les virages aux vitesses les plus élevées possibles ; cela a pour autre avantage de garantir un meilleur freinage (certaines F1 comme les MAC LAREN ont aussi une sorte de volet ou flap qui se déclenche à volonté par le pilote afin de tirer parti du frein du frottement de l'air).

Depuis les années 60, on équipe par conséquent ces véhicules d'un tas d'équipements afin d'accroître la force d'appui et garantir l'effet de sol : spoilers, ailerons (de taille et d'angle d'attaque savamment calculé) , diffuseurs, Guides ou tunnels (que l'on distingue nettement sur l'animation précédente) et même le soubassement sont rajoutés et optimiser afin de guider l'air précisément sous le véhicule et bénéficier de l'aspiration par effet Venturi.

On se rend bien compte de l'effet de sol obtenu lorsqu'on regarde les vidéos ci-contre.

Grâce à ces artifices, ces voitures de l'extrême peuvent rester accrochées au sol (certaines pourraient même tenir au plafond à grande vitesse !) malgré des accélérations latérales plus de 4 fois élevées que celles que peuvent subir nos voitures de production.

Si l'on veut comparer avec des chiffres, prenons un virage de 200 mètres de rayon. Une voiture classique pourra prendre ce virage jusqu'à 150 km/h avant de déraper.

Les Formules 1, grâce à leurs ailerons, pourront ; elles, prendre ce même virage à 250 km/h !

Le saviez-vous ? : Le Cx des Formules 1 est assez mauvais : il tourne entre 0,50 et 0,75. Les voitures de sport font un peu mieux (pour donner un exemple, pour la Ferrari Modena, le Cx = 0,33 mais son Cz = - 0,24). Pour les F1, la raison de ce mauvais CX est que non seulement elles ont de gros ailerons mais surtout parce qu'elles ont leurs larges roues "toutes nues" à l'extérieur. La surface projetée moyenne d'une F1 est de 1,5 m2 dont 65 % sont les roues seules ! Du coup, leur contribution à la traînée est non seulement importante mais complexe (pensez ! 4 pneus en rotation rapide, ça créé des remous !).
Voir ce lien.

Toutes ces considérations dépendent cependant des règles de course : certaines ont tenu compte de certaines pratiques considérées comme vraiment trop extrêmes (jupes latérales par exemple) et conduisant à des accidents spectaculaires (lors du premier Grand Prix d'Espagne de 1969 puis après la mort de Senna à Imola en 94) et qui dépendaient du circuit de la course bien sûr (plus ou moins de longueurs et de virages).

Les ingénieurs spécialistes en tiennent compte pour affiner les importances respectives du Cx et du Cz.

Une petite anecdote en passant : on a parlé de la force d'appui des ailerons sur les F1. C'était à un tel point que la pression exercée est souvent bien supérieure au poids de la voiture. Du coup, il est théoriquement possible de faire rouler ces voitures "au plafond".

Pratiquement, cette expérience "fun" est difficile à réaliser mais la théorie est là pour le justifier et cela a mené Mc Laren à prétendre d'avoir essayé en 1999. L'astuce de la pseudo-expérience était de mettre la voiture dans une soufflerie de géométrie circulaire.

Il aurait donc suffi au pilote de donner un coup de volant et il se serait retrouvé scotché au plafond ! (source en anglais) : un poisson d'avril reposant sur des bases sérieuses en tout cas !

Avant de terminer; n'hésitez pas à regarder cette excellente animation Flash des contributions aéros des différents composants d'une F1.

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