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Rétro - Historique de l’effet de sol en Formule 1

L’effet de sol a été introduit en sport automobile au cours des années 70. Malgré les changements de réglementations, ce phénomène aérodynamique est encore utilisé sur les voitures 2017.

Rétro - Historique de l’effet de sol en Formule 1

Mais avant d’aller plus loin, (re)voyons quelques notions de physique… Tout d’abord, bien qu’invisible, l’air est un fluide. Un mathématicien suisse, Daniel Bernoulli, a émis un principe qui énonce qu’une accélération du flux d'un fluide se produit simultanément avec une diminution de la pression. C’est ce qui permet à un avion de voler, car une aile d’avion possède deux profils différents. Du côté bombé, l’air va plus vite, car il doit parcourir une plus grande distance. De l’autre côté, l’air circule moins vite. Cette différence de pression crée la portance qui permet à l'avion de voler.

Dans le cas d’une voiture de course, c’est l’opposé, car l’aile possède un profil inversé. Ainsi, au lieu que l’aile subisse une portance positive et se soulève, elle génère une portance négative, en sens inverse, qui pousse la voiture vers la piste, ce qui accroît l’adhérence des pneus et permet de rouler très vite dans les virages.

Les premiers essais

Remontons dans le temps pour mieux comprendre l’évolution des appendices aérodynamiques des voitures de compétition. Les toutes premières voitures étaient habillées de peu de carrosserie, et les organes mécaniques, ainsi que le pilote et son mécanicien, étaient exposés aux éléments. Le premier objectif des concepteurs fut d’améliorer le coefficient de pénétration dans l’air de la voiture, pour cela ils dessinèrent des carrosseries en forme de goutte d’eau.

Jochen Rindt, Lotus 49B
Jochen Rindt, Lotus 49B

Photo de: LAT Images

Colin Chapman de Lotus fut le premier à appliquer efficacement des principes d’aviation aux bolides de course. Il fixa des ailes d’avion inversées sur ses Lotus 49 afin de les plaquer au sol et les faire rouler plus vite dans les virages. Mais ces ailerons, très hauts perchés, pouvaient facilement casser. Suite à une série d’accidents graves survenus au circuit de Montjuïc du Grand Prix d’Espagne 1969, ce type d’ailerons fut interdit.

Les mécanos de l'écurie BRM travaillent sur la P133 de Jackie Oliver sous l'oeil de Tony Rudd
Les mécanos de l'écurie BRM travaillent sur la P133 de Jackie Oliver sous l'oeil de Tony Rudd

Photo de: LAT Images

Jim Hall effectua ensuite d’autres essais d’ailerons, et même de ventilateurs aspirant l’air sous ses Chaparral de type Can-Am. En 1968 et 69, deux ingénieurs de l’écurie de Formule 1 BRM, Tony Rudd et Peter Wright, effectuent des essais sur des structures latérales, sortes de petits pontons, destinées à éliminer les turbulences créées entre les roues avant et arrière. Robin Herd de March Engineering greffe aussi des petits pontons à ses voitures de F1, leur donnant même un profil d’aile inversé, destiné à générer de l’appui aérodynamique. Tout cela est alors relativement inefficace, car il manque un élément-clé.

L’ingrédient magique

C’est Rudd et Wright, passés chez Lotus, qui vont trouver l’ingrédient magique. Colin Chapman leur a demandé de créer une voiture qui pourrait se passer d’ailerons qui génèrent trop de traînée. En d’autres mots, de concevoir une voiture dont toute la carrosserie serait un aileron. Lors d’essais en soufflerie, Wright découvre qu’une aile inversée se déforme quand elle s’approche du sol. L’ingénieur réalise que son aile n’est pas suffisamment rigide et que cette déformation est causée par l’effet de sol ; un phénomène de succion qui se produit lorsqu’un corps en mouvement s’approche du sol.

Mario Andretti, Lotus 77
Mario Andretti, Lotus 77

Photo de: LAT Images

La couche limite, située au ras du sol, joue un rôle crucial. Par rapport à la voiture en mouvement, le sol se déplace vers l’arrière, ce qui tire l’air vers l’arrière, l’accélérant et augmentant ainsi la différence de pression, donc l’effet de succion. Wright découvre aussi qu’en scellant les ailes inversées, la succion devient encore plus puissante. Il découvre aussi un autre avantage majeur : ces pontons contenant des ailes inversées produisent beaucoup d’appui et peu de traînée.

Reste le défi de sceller les pontons d’une voiture de course qui roule à 300 km/h. Les ingénieurs Lotus essaient des brosses, puis des jupes flexibles, mais celles-ci se dégradent en un instant en raclant l’asphalte. Après de longs essais, la Lotus 78, la première voiture de F1 à effet de sol, est munie de jupes rigides qui coulissent de haut en bas et qui sont équipées de patins de friction en céramique. Aux commandes d’une Lotus 78, Mario Andretti possède une chance de remporter le championnat des pilotes en 1977, mais une série de casses des moteurs expérimentaux Cosworth DFV ruine ses efforts.

Détails de la Lotus 78 de 1977
Détails de la Lotus 78 de 1977

Photo de: Giorgio Piola

Lotus améliore le principe d’effet de sol avec sa superbe Lotus 79 JPS noire et or qui propulse cette fois Andretti au titre mondial en 1978.

De gros défauts

Par contre, tout n’est pas parfait. Les premiers châssis, en aluminium, ne sont pas assez rigides, se tordent dans les virages et les pontons laissent s’échapper de l’air. De plus, ces voitures possèdent un comportement routier imprévisible, causé par un effet de sol inconstant. Le centre de pression se déplace sous la voiture, une conséquence du passage du bolide sur les ondulations de la piste, lors des freinages et des accélérations. Ce phénomène de talonnement, qui se produit plusieurs fois pas seconde, secoue violemment la voiture, rendant son pilotage presque impossible. Et ne parlons pas des jupes qui, parfois, cessent de coulisser et se coincent en position haute, annihilant instantanément l’effet de succion.

Lotus 80
Lotus 80

Photo de: Pedro Arroyo

En 1979, deux écuries produisent des voitures censées se priver d’ailerons traditionnels, car toute la voiture est constituée d'une aile inversée. Lotus conçoit la 80, sans succès, car les longues jupes incurvées, qui longent toute la voiture, se coincent constamment.

Vintage Arrows A2 exposé
Vintage Arrows A2 exposé

Photo de: Eric Gilbert

Arrows fait rouler sa A2, la bombe, qui est une déception à cause d’une multitude de problèmes, dont un châssis beaucoup trop flexible.

La FIA a constamment modifié le règlement technique de la F1 afin de restreindre l’effet de sol et d’empêcher les voitures d’atteindre des vitesses folles sur les circuits. Aujourd’hui, les pontons enfermant des ailes inversées sont interdits, et le plancher de la voiture doit être plat. Toutefois, le diffuseur, situé sous l’aileron arrière, est un appendice en forme d’aile inversée qui génère de l’effet de sol. Le diffuseur, situé tout près du sol, crée donc un effet de succion qui colle la voiture à la piste, lui permettant de rouler plus vite. Terminons en soulignant que cette saison, la taille du diffuseur a été augmentée afin de rendre les voitures plus rapides et plus spectaculaires.

Mario Andretti, Lotus 79
Mario Andretti, Lotus 79

Photo de: LAT Images

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