Que s'est-il passé ?

En façonnant les règles d'une nouvelle ère de courses de grands prix pour 2021, la FIA et la Formule 1 ont accompli un travail de recherche et développement sans précédent à l’aide de la CFD (Computation fluid dynamics) pour concrétiser leur vision. L'étape suivante a consisté à confirmer les données obtenues par des essais en soufflerie.

Ainsi, le mois dernier, avant le Grand Prix d'Allemagne, une maquette de la dernière itération 2021 a été placée dans la soufflerie de Sauber dans des conditions strictes de secret, peu après un premier test en janvier, où un modèle 2018 à 60 % a été utilisé, et un deuxième en mars, où une itération de la 2021 a été testée avec des roues de 13 pouces. Alors que les résultats généraux seront partagés avec toutes les équipes, le groupe de consultants indépendants de Sauber a exploité la soufflerie en veillant à ce que leur équipe de F1 ne soit pas avantagée.

Des éléments tels que les zones latérales et l'aile arrière devraient rester les mêmes sur la version finale, mais on s'attend à ce que l'aile avant évolue à mesure que le développement se poursuit. 

Cette vidéo donne un rare aperçu d'une soufflerie avec la maquette à 50 % du modèle 2021 qui fonctionne pour la première fois avec des pneus de 18 pouces. Un râteau se déplace de haut en bas derrière la voiture pour mesurer le flux d'air derrière la voiture, ce qui permet à la F1 et à la FIA de surveiller le sillage, dans l’optique d'améliorer la capacité d'une voiture à en suivre une autre.

« En général, les équipes n'utilisent pas de râteau dans cette position parce qu'elles ne se soucient pas vraiment de ce qu'il se passe dans le sillage de la voiture », explique Nikolas Tombazis, responsable des questions techniques monoplaces de la FIA. « Ce n'est pas une critique, les équipes essaient simplement de maximiser les performances de leur propre voiture, ce qui est tout à fait compréhensible. Cependant, nous sommes plus intéressés par ce qui se passe derrière la voiture. Le point fondamental de tout cela est que nous essayons de réduire les pertes auxquelles un poursuivant serait confronté. »

Pat Symonds, directeur technique de Formule 1, ajoute que si l'essentiel des travaux de développement a été réalisé en CFD (Computation Fluid Dynamics), les essais en soufflerie offrent une validation réelle de la modélisation réalisée dans l'espace virtuel. « Bien que les outils de CFD que nous utilisons comportent des techniques assez avancées qui ne sont pas couramment utilisées par les équipes, nous voulons appuyer les simulations virtuelles par une simulation réelle », dit-il.

L'avantage de la soufflerie Sauber, disponible en location commerciale, est que l'exploitation suisse dispose d'un très bon système de râteau automatique.

« Le râteau est équipé d'une série de tubes de Pitot sensibles au mouvement en lacets, de sorte qu'ils peuvent mesurer la direction, la pression et la vitesse du débit, dont principalement les composantes de vitesse et de pression », ajoute M. Tombazis. « De cette façon, nous pouvons nous assurer que les prévisions de la CFD sont correctes. »

« La simplification de l'aérodynamique de la voiture de tête contribue également à la performance de la voiture dans son sillage, d'une part, la voiture avant n'a pas d'autre moyen de contrôler l’impact sur son sillage, et d'autre part, la voiture poursuivante, dépourvue de nombreux petits détails, est moins susceptible d'être perturbée. »

Traditionnellement, les voitures à taille réelle (100%) ne sont pas utilisées en soufflerie car leur utilisation a été interdite il y a quelques années en raison du coût de production élevé du modèle. La plupart des équipes sont passées à des modèles à 60% de l'échelle, mais la F1 et la FIA ont choisi de travailler avec des modèles à 50 %.

« Nous avons également choisi d'utiliser un modèle à 50 % plutôt qu'à 60 % et nous avons choisi de le tester de manière assez poussée en soufflerie, ce qui nous a donné l'occasion de mieux observer le sillage de la voiture », explique Symonds.

« Le modèle à 50% prend moins de place dans le tunnel et nous permet de mieux observer. Avec un modèle taille réelle, nous ne verrions qu’un dixième de la voiture, donc l’échelle de 50% est un bon compromis dans la mesure où nous pouvons encore obtenir un bon niveau de détail sur le modèle mais nous avons toujours de la distance derrière pour observer les résultats aérodynamiques. Il est vrai que les équipes ont encore tendance à tester des modèles à 60 %. Il y a des avantages à cela, dans la modélisation, mais les techniques modernes de fabrication, en particulier les méthodes de fabrication additive, permettent aujourd’hui de produire des modèles très précis à 50%. »

Vous vous demandez peut-être pourquoi les équipes de recherche et développement n'ont pas mis une deuxième voiture derrière pour tester le sillage. Symonds explique que ce n'est « pas nécessaire ».

« Nous l’avons fait en 2008, avec les études de dépassement à l’étude pour 2009, et pour cela, nous avons dû descendre à un modèle quart d'échelle qui devient vraiment trop petit », explique-t-il. « C’est pourquoi nous ne le faisons plus. Même dans un grand tunnel comme celui de Sauber, on ne pouvait rouler qu'avec une seule configuration et des voitures très proches. Ce que nous essayons de faire, c'est d'utiliser la CFD comme véritable outil de simulation, avant la confirmation dans le tunnel. »

Quels sont les résultats ?

L'un des principaux objectifs des règles de 2021 est de permettre davantage de dépassements. Pour ce faire, on s'efforce de trouver un moyen de permettre aux voitures de se suivre de plus près, ce qui explique pourquoi tant de recherches sont menées pour réduire le sillage. Qu'ont donc révélé les nombreux mois d'essais sur CFD et maintenant, la série d'essais en soufflerie ?

« Nous pouvons conclure que la CFD fait un travail fondamentalement correct, » dit Tombazis. « Nous n’avons pas eu de grandes surprises. Nous sommes arrivés à une perturbation du sillage de 5-10%, par rapport aux niveaux actuels de 50%, bien que cela dépende de la configuration exacte des tests et ainsi de suite. »

Symonds est tout aussi enthousiaste, allant même jusqu'à dire que les résultats sont « En fait au-delà de ce que j’imaginais que nous pourrions réaliser lorsque nous avons débuté le projet. Avec les configurations que nous avons atteintes, les résultats sont exceptionnels. »

Quel rôle les équipes ont-elles joué ?

La FIA et la Formule 1 travaillent main dans la main à la recherche et au développement pour finaliser les règlements de 2021 à temps pour l'échéance d'octobre - mais cela ne signifie pas qu'elles excluent les équipes du processus. En fait, c'est tout le contraire. Les équipes ont été invitées à participer à la collecte des données et au processus de développement, la FIA leur permettant d'effectuer les tests en dehors du nombre d'heures qui leur est alloué pour leurs projets en cours. Ceux qui ont les ressources et les capacités pour le faire l'ont fait. Les autres se voient communiquer les informations.

« Les équipes ont également apporté une contribution générale dans le domaine de la CFD », explique M. Tombazis. « Normalement, les équipes sont limitées en quantité de CFD, mais nous leur avons périodiquement offert la possibilité d'effectuer du travail en dehors de la limite fixée pour tout projet en lien avec la règlementation 2021. Un certain nombre d'équipes ont contribué et doivent ensuite partager les résultats avec la FIA, avec la Formule 1 et avec les autres équipes. »

PLUS D’INFORMATIONS - https://www.fia.com/news/f1-next-steps-how-fia-and-f1-will-break-rules