De l’aéronautique à la Formule 1 ; Des applications scientifiques

Le magazine Aviation a assisté aux portes ouvertes du Grand Prix du Canada de la saison 2014. Soucieux d’offrir des articles toujours des plus innovateurs, le magazine s’est intéressé à la dynamique de la recherche des performances reliant le domaine de l’aéronautique et celui des voitures de la Formule 1. En lisant ce reportage, amis lecteurs, vous pourrez constater que ces deux mondes comportent énormément de similitudes aux plans de l’aérodynamisme, de la technologie ainsi que de la fabrication, de la conception ou de l’utilisation des souffleries.

De l’aéronautique à la Formule 1
Scuderia Toro Rosso, édition 2014.

Si de grands pilotes comme James Hunt, Niki Lauda, Gilles Villeneuve, Alain Prost, Jacques Villeneuve, Michael Schumacher, Kimi Raïkkönen, Fernando Alonso, Sebastien Vetell, Niki Roseberg, Lewis Hamilton et la jeune étoile de la Formule 1 Daniel Riccardo ont connu des success story en course automobile, c’est parce qu’ils ont été fortement appuyés par leurs excellentes voitures. Les constructeurs automobiles se sont vite intéressés aux changements scientifiques qui accompagnent leur siècle. Dans le film Rush, on voit un certain Niki Lauda se préoccuper de la vitesse, de la performance et de la légèreté des matériaux.

C’est ainsi que l’industrie aéronautique s’est associée à la Formule 1, telle Mecachrome avec Airbus Group, affiliée à l’Écurie Caterham F1 Team. De 1996 à 2007, BAE fut un partenaire technologique important de l’Écurie McLaren, tandis que Boeing s’est associée à l’Écurie Lotus avec un transfert technologique au niveau de la conception des pièces résistantes plus complexes et, depuis 2005, par impression 3D.

Un peu d’histoire

Dans l’histoire de la Formule 1, le domaine de l’aviation a nettement contribué à améliorer les voitures. Au plan moteur, les V-12 ont été utilisés dans un premier temps dans l’aviation comme l’ont été les moteurs Alison (Curtiss P-40 Warwawk), Rolls-Royce-Merlin (Supermarine Spitfire), Packard V-1650 (North American P-51 Mustang) et Daimler-Benz DB 600 (Messerschmitt BF-109).

Après la Seconde Guerre mondiale, de 1965 à 1995, le moteur V-12 a été utilisé dans le monde de la Formule 1 avec la Ferrari 412T2, et cela, aux dépens d’une superbe sonorité. Au plan aéronautique, les professionnels de l’aviation ont aussi contribué pleinement au monde de la Formule 1. Ce fut le cas d’ingénieurs comme Colin Chapman, un Britannique diplômé en ingénierie des structures qui, après avoir fait son service militaire dans la Royal Air Force, a fondé la Lotus Engineering Company.

Passionné de courses automobiles, Chapman utilisera ses connaissances en aéronautique et tout particulièrement sur la légèreté des matériaux. Ses réalisations ont eu une grande influence sur le monde des voitures de course. Ses innovations sont depuis devenues des références classiques. Sa première voiture de Formule 1 est la VanwallVW56. En 1958, sa première Lotus F-1 (Lotus 16) termine en 4e position du Grand Prix de Belgique. En 1960, son Écurie Lotus gagne le Grand Prix de Monaco. Ses brillantes idées d’ingénierie seront vite adoptées et se sont traduites par une évolution déterminante de l’utilisation de fibres synthétiques et du moteur porteur arrière. En 1977, il utilisera l’effet de sol qui aide l’avion à rester en vol pour en faire des ailes inversées qui collent la voiture au sol (wing cars).

De l’aéronautique à la Formule 1
Moteur Packard V-1650-7 d’un P-51D Mustang

 Le tube de Pitot

Le tube de Pitot porte le nom de son créateur, un ingénieur français du 18e siècle. Son invention sera d’une grande utilité pour la mesure de la vitesse de l’air ou d’une veine fluide avec une ultime précision. Au plan technique et scientifique, le tube de Pitot est un système utilisé pour mesurer la vitesse des fluides. On en parle parce qu’il est utilisé également dans le domaine de l’anémométrie aéronautique. En aviation, le tube de Pitot est utilisé pour la mesure à une vitesse inférieure de la vitesse du son sous toutes altitudes. Il se retrouve au nez ou sous les ailes d’un aéronef. Cela permet au pilote de connaître le vent relatif pour maintenir son appareil au-dessus de sa vitesse de décrochage et en dessous de sa vitesse maximale. Les données recueillies permettent au pilote de mieux connaître la vitesse du vent, de calculer sa vitesse au sol et la consommation de son aéronef.

Alors, voilà que ce même tube de Pitot, on le retrouve durant le Grand Prix du Canada où il nous a été facile de constater que toutes les voitures en possèdent un. Sur les autos, ce même tube de Pitot est installé sur le nez de la voiture et en avant du petit pare-brise du pilote. C’est l’endroit qui semble le mieux adapté malgré la perturbation de l’air et de la saleté qui est projetée dans l’air par les autres voitures. Placé au bout d’un petit mât, il permet la mesure de la vitesse réelle de la voiture par rapport à l’air.

De l’aéronautique à la Formule 1
Tube de Pitot d’un avion

 

Afin que le flux d’air soit le moins perturbé possible par les roues et par les ailerons avant, l’antenne du tube de Pitot sera en mesure de prendre la vitesse de la voiture de course par rapport à l’air qui ne peut pas être déduite seulement par la vitesse de rotation des pneus puisque cela ne tiendrait pas compte des rafales de vent et du glissement des pneus.

De l’aéronautique à la Formule 1
Antenne de Pitot d’une voiture de Formule 1

 

 

 

 

Dorénavant, grâce à la science aéronautique, à chaque passage, en période d’essais de qualifications et même pendant la course d’un Grand Prix, comme en aéronautique, l’antenne de Pitot joue son rôle en donnant constamment aux ingénieurs les informations par télémétrie de la vitesse de l’air aux différents endroits de la voiture de course avec la vitesse réelle du bolide.

 

Les ailerons

 Dans le domaine de l’aviation, la portance s’oppose au poids de l’appareil et assure la sustentation. En Formule 1, les voitures de course utilisent les mêmes principes de vol que dans le domaine de l’aviation, mais les ailerons d’un bolide de course sont comme une aile d’avion inversée et produisent une poussée vers le sol.

De l’aéronautique à la Formule 1
Ailerons avant de l’ancienne équipe de Marussia, édition 2014.

Les ailerons ont commencé leur évolution dans les années 60 pour ce sport automobile. Encore aujourd’hui, les voitures de F-1 possèdent des ailerons qui sont intégrés à la carrosserie. Ils ont la même fonction qu’une aile d’avion. Ils créent un effet de portance qui augmente aussi le carré (VE2) de la vitesse de la voiture. Mais, au contraire des ailerons d’avions, la portance aérodynamique est orientée vers le bas ou vers le sol. Grâce à cette force ou portance, les ailerons d’une voiture de course permettent une meilleure adhérence en appliquant un poids supplémentaire sur les pneus. Ils sont très utilisés pour donner une meilleure adhérence dans les virages, dans les freinages et lors des accélérations.

 

 

 

De l’aéronautique à la Formule 1
Aileron d’un avion

Comme dans l’aviation, les ailerons des voitures de course se modifient sans cesse face aux développements technologiques par l’utilisation de matériaux légers conçus par les chercheurs de chaque écurie de Formule 1. Modifiables selon les types de pistes des Grand Prix, les ailerons sont des parties critiques qui influencent grandement les performances des voitures. Ici, il faut se souvenir que la FIA a introduit des règlements pour limiter la performance des voitures, par exemple en imposant une hauteur maximale pour les ailerons arrière.

Dans un prochain numéro de votre magazine Aviation, vous serez invité à lire la suite de ce reportage fascinant qui relie l’aviation aux voitures de course. Pour sa générosité, le magazine Aviation tient à remercier M. Giorgo Toso, inspecteur technique du Grand Prix du Canada de 1981 à 2014, reconnu par la FIA, et à son équipe.

 

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