Le fond plat en Z est-il l'idéal en 2021 ?

La nouvelle réglementation technique de Formule 1, qui avait pour but de réduire l'appui aérodynamique de 10%, a été un casse-tête pour les écuries cet hiver et était au centre des discussions au Grand Prix de Bahreïn. À ce stade, il semble que les équipes en aient déjà récupéré la moitié. L'intrigue concernait toutefois le fait que la modification du fond plat ait semblé favoriser certaines écuries : celles dont les monoplaces ont une faible inclinaison vers l'avant ont perdu davantage de performance.

Il n'est donc pas surprenant qu'un grand nombre des évolutions ayant fait leur apparition pour le premier Grand Prix de la saison aient été consacrées au fond plat, les équipes s'efforçant de limiter la casse dans ce domaine. Aston Martin, comme Mercedes, semble avoir été bien plus agressif dans le design de son fond plat et des appendices aérodynamiques qui y sont liés, les deux monoplaces ayant une faible inclinaison par rapport aux autres. La structure de Silverstone a poursuivi ses efforts pour le Grand Prix de Bahreïn avec un package révisé incluant un fond plat à la largeur réduite, en forme de Z.

Pour Aston Martin et les autres équipes ayant opté pour une solution similaire, la perte d'espace sur le fond plat est compensée par les gains aérodynamiques permis par une bordure plus conventionnelle. L'écurie a ajouté une ailette au premier cluster pour un total de six, ainsi que trois autres juste derrière (flèche bleue).

Quant au cluster d'ailettes précédemment positionné juste devant le pneu arrière, il est remplacé par un ensemble plus complexe (flèche rouge). La structure est séparée en deux éléments, le principal incluant de nombreuses ailettes dirigeant l'air vers l'extérieur, tandis que le second est plus plat et positionné plus bas.

Red Bull avait déjà modifié son fond plat lors des essais de pré-saison, ajoutant une ailette au milieu et deux autres, incurvées pour diriger l'air vers l'extérieur, devant la principale. Une autre ailette incurvée a fait son apparition à Bahreïn dans la section centrale du fond plat afin d'améliorer le passage du flux d'air autour du pneu et surtout réduire l'influence des turbulences créées par la roue sur la performance du diffuseur.

Williams a une approche plus simpliste de cette région de la voiture à ce stade de la saison mais avait quand même des nouvelles pièces pour le Grand Prix de Bahreïn, notamment ces trois ailettes qui aident à diriger le flux d'air autour du pneu arrière (flèche rouge).

Chez Alpine, deux configurations du fond plat étaient disponibles à Sakhir. La première, à droite sur la photo ci-dessus, incluait l'ajout de trois déflecteurs sur le fond plat, dont deux triangulaires. La seconde a vu les ailettes devant les pneus arrière être liées aux fentes de la section supérieure. Nous les détaillerons davantage plus bas.

Cependant, à l'image du fairing en forme de boomerang installé sur le Halo (voir ci-dessous), ces pièces n'ont pas été utilisées par Alpine en course : il semble que l'écurie ait besoin de davantage de temps pour comprendre si celles-ci apportent bel et bien le gain de performance prédit par les outils de simulation.

Du côté de Ferrari, il n'y avait pas énormément de nouveautés pour la première course, mais si l'on regarde une solution découverte sur la SF21 lors des essais de pré-saison, trois grandes ailettes étaient montées sur le bord du difuseur pour rediriger le flux d'air et les turbulences afin de ne pas perturber des structures aéro plus importantes, ces dernières ayant pour but d'améliorer la performance globale de la voiture.

Qui a raison, qui a tort ?

À ce stade, il est légitime de se demander si le fond plat en forme de Z adopté par Aston Martin fera l'unanimité à l'avenir, puisque deux tendance s'opposent.

D'un côté, nous avons les équipes ayant pris les nouvelles règles sur le fond plat au pied de la lettre. Ferrari, Alfa Romeo, Haas, McLaren et Williams ont tous un fond plat qui se rétrécit progressivement dans sa largeur comme le stipule le règlement. À noter que ces cinq équipes ne disposent pas d'énormément de dérives sur la tranche du fond plat pour rediriger le flux d'air.

De l'autre côté du paddock, Mercedes, Aston Martin, Red Bull et AlphaTauri ont adopté une solution très différente depuis les premiers essais, tandis qu'Alpine est venu gonfler les rangs lors du premier Grand Prix de la saison. Les cinq équipes ont découpé une section de leur fond plat à environ 200 mm du début du rétrécissement, ce qui donne au bord de leur fond plat la forme d'un Z. Une solution qui fait perdre une partie de l'espace disponible mais qui donne plus de flexibilité sur la forme du fond plat.

La zone jaune montre la forme qu'aurait eue le fond plat en 2020, tandis que les pointillés représentent ce qu'aurait été le bord du fond plat si les équipes avaient suivi l'intention de la réglementation.

Les écuries qui ont opté pour cette forme de Z , concrètement, sont revenues à un fond plat dont le bord est parallèle à l'axe de la voiture, comme lors des années précédentes. Cela suggère qu'aucune d'entre elles n'était satisfaite par l'effet de l'amincissement du fond plat sur le flux d'air à l'arrière de la monoplace.

Cela ne revient pas à dire que ces cinq équipes disposent exactement de la même solution, l'image ci-dessus montrant parfaitement les disparités entre les différents designs. Red Bull a ainsi une section parallèle à l'axe de la voiture bien plus longue que Mercedes.

Cette forme de Z aide aussi les équipes à créer des vortex à un endroit du fond plat où les autres structures de flux d'air pourraient faiblir ou dévier de leur trajectoire souhaitée. Les écuries concernées accentuent encore plus ce phénomène avec un contouring d'ailettes le long du fond plat. La solution d'Aston Martin est sans doute la plus agressive.

Ces ailettes, disposées sur deux rangées dans le cas d'Aston Martin, sont placées dans une zone impactant l'écoulement du flux d'air latéral. Cependant, en ce qui concerne le fond plat, leur rôle est de réaligner les différents flux en tenant compte du bord parallèle du fond plat

Très certainement, cette zone de la monoplace ne cessera d'être développée et modifiée au fil de l'année car chaque équipe fera des gains progressifs en interagissant avec le flux d'air et en l'ajustant jusqu'à trouver satisfaction. Et les efforts d'Alpine sur le sujet sont importants. Non seulement l'écurie française a rejoint en cours de route les quatre autres "écuries Z" mais elle a également testé plusieurs solutions différentes.

Le programme d'essais d'Alpine s'était focalisé sur deux zones clés, celle où le fond plat commence à rétrécir et celle devant le pneu arrière. Après avoir découpé la tranche de son fond plat, l'équipe a testé deux autres solutions. La V2 avait deux ailettes de couleur argentée montées côte à côte et légèrement décalées, ainsi que deux ailettes plus courtes de forme triangulaire en aval (zone pointée par les flèches rouges). Cependant, Alpine a pris part au Grand Prix de Bahreïn avec une solution moins agressive : une seule ailette montée sur le bord de la découpe du fond plat (V3).

Plusieurs solutions ont été testées juste devant le pneu arrière. La dérive unique utilisée pendant les essais de pré-saison (V1) a été rapidement mise au placard, d'abord en faveur d'un trio d'ailettes à la fin des essais de pré-saison (V2). Les solutions V3 et V4 comportent toutes deux quatre sections. Bien que légèrement différente, la solution V3 inclut de petites fentes alors que la solution V4 est constituée de quatre arêtes individuelles.

Comme nous l'avons vu avec la nouvelle hiérarchie à Bahreïn, l'équation est complexe : les écuries ont utilisé leurs ressources de manière différente au niveau du développement, qui ne concerne évidemment pas que le fond plat, bien que ce dernier en représente un aspect majeur.

La connexion des arêtes dans la partie centrale de 500 mm de la voiture sur le mur de transition permet à McLaren de conserver des éléments plus hauts. Mais cela a un coût puisqu'elle doit maintenir une seule section dans cette zone : il n'y aura donc aucune cassure. Cela compromet la forme de l'arrière du fond plat et ne permet pas d'avoir des fentes dans les arêtes pour optimiser le passage du flux d'air tout autour.

Il sera intéressant de voir si des changements dans cette zone seront faits au cours de la saison. Les ingénieurs cherchent en permanence des moyens pour optimiser le transfert aérodynamique des flux d'air d'une zone de la monoplace à l'autre.