Focus sur le F-duct passif de Mercedes

10 04 2012

Comme chaque début de saison, les différentes voitures sont passées au crible par les concurrents afin de vérifier leur bonne conformité au regard des réglementations techniques régissant la discipline. Et à chaque début de championnat sa controverse sur un point du règlement soi-disant interprété différemment voire détourné par une équipe. Après le double-diffuseur de Brawn en 2009, le F-duct de McLaren en 2010 puis le diffuseur soufflé de Red Bull en 2011, c’est au tour du « F-duct passif » de Mercedes d’être pointé du doigt.

On se souvient aussi que dès les essais d’intersaison l’écurie Lotus s’était vue signifier par les instances sportives de retirer son système novateur permettant de maintenir constamment l’aileron avant à une hauteur optimale par rapport au sol.
Alors, en quoi consiste le F-duct passif de Mercedes ? Est-il légal ? La FIA a promis de trancher pour le GP de Chine. En attendant, le dispositif est au centre d’une polémique technique. Explications sur le système qui provoque un tollé chez les ingénieurs F1.

La genèse du F-duct

Les premiers F-duct ont été instaurés en F1 par McLaren, en 2010, et avaient pour principal objectif d’augmenter la vitesse de pointe de la monoplace. Comment ? En réduisant la trainée formée à la sortie de l’aileron arrière.

A l’époque, la MP4-25 était dotée de deux prises d’air, l’une située sur le nez de la voiture, et une autre localisée au dessus de la tête du pilote. Les deux flux d’air ainsi captés étaient redirigés via  deux conduits distincts courant le long de la monoplace et débouchaient tous deux sur l’aileron arrière : le premier flux d’air, provenant du nez de la voiture, débouchait sur le « flap » supérieur de l’aileron, alors que le second flux, issu de la prise d’air situé au niveau de l’arceau, aboutissait sur la partie inférieure de l’aileron arrière.

Il ne manque pas d’air chez McLaren. Prise d’air du museau de la McLaren de 2010.

Ceci posé, les deux flux conjugués augmentaient la pression infligée à l’aileron arrière, à cela près qu’une fente était pratiquée au niveau du flap supérieur afin de faciliter le passage de l’air. L’aileron arrière se retrouvait donc stabilisé et le tourbillon obtenu à la sortie de l’aileron annihilait la trainée, permettant de fait une augmentation de la V-Max en ligne droite tout en ne sacrifiant pas les appuis aérodynamiques générés à l’arrière de la voiture.

Ce système, pour le moins ingénieux, fut cependant pointé du doigt car il demandait une intervention du pilote (en règle générale, une pression du genoux afin d’ouvrir ou fermer la canalisation parcourant la voiture),  et qui pouvait résulter en une perte d’attention de celui-ci qui devait activer, le plus souvent à plusieurs centaines de kilomètres à l’heure, le dispositif de manière assez acrobatique.
De fait, et malgré que le système ait été copié en cours de saison 2010 par la majorité des équipes, celui-ci fut banni pour le championnat 2011 par mesure de sécurité.

Le F-duct « passif » : késako ?

Un vent de colère soufflait sur Melbourne dès les premiers essais 2012, lorsque les équipes observèrent que la toute nouvelle Mercedes W03 comportait un F-duct. La dernière voiture sortie des usines de Brackley ne pouvait être considérée comme légale, puisqu’elle détenait en son sein un F-duct.
Mais c’était mal avoir interprété la décision prise deux ans plus tôt sur ce dispositif. En effet, ce ne sont pas les F-duct qui ont été banni, mais bien leur activation via un mouvement du pilote.

Or, le F-duct de Mercedes est dit « passif », en cela que son fonctionnement ne résulte en rien d’une action du pilote, mais est au contraire directement lié à l’activation du DRS (Drag Reduction System, apparu en 2011 et visant à faciliter les dépassements).
Rappelons que le DRS permet de « relever à l’horizontal » momentanément le flap supérieur de l’aileron arrière afin que ce dernier offre une moindre résistance à l’air et crée donc moins de trainée. En découle une hausse de la vitesse de pointe en ligne droite favorisant les manœuvres de dépassement.

L’activation du DRS permet l’ouverture de deux entrées d’air aux niveaux des endplates. On voit ici le trajet du flux d’air, symbolisé par les flèches violettes.

De fait, pour comprendre le fonctionnement du F-duct passif, gardons bien à l’esprit le fonctionnement même du DRS. Nous avons donc dit qu’une partie de l’aileron arrière se relevait quand le DRS était activé. Ce mouvement laisse place à deux entrées d’air situées dans l’intérieur des endplates (parties verticales de l’aileron, dans l’axe de la voiture), qui absorbent ainsi le flux d’air pour le diriger dans une canalisation, en carbone, qui jalonne l’ensemble de la voiture pour déboucher sur l’aileron avant.

Par conséquent, nous observons alors sur l’aileron avant le même principe et effet qu’il y a deux ans sur l’aileron arrière, à savoir la formation d’un tourbillon réduisant la trainée du front wing. Ce système a été baptisé W-duct.
Pour résumer, la stabilisation de l’aileron avant ainsi obtenue, combinée à l’activation du DRS à l’arrière de la voiture, provoque une baisse de la trainée globale sur les parties antérieure et postérieure de la monoplace, augmentant de fait la vitesse de pointe.

Le tourbillon crée à la sortie de l’aileron avant permet sa stabilisation, réduisant ainsi la trainée. On note ici les deux fentes pratiquées dans l’aileron avant, d’où s’échappe le flux d’air.

Ce système offre un avantage surtout en qualifications, où l’usage du DRS n’est pas restreint, à l’inverse de la course où une ou deux zones spécifiques d’activation sont stipulées.
Mercedes jouit donc pleinement de son F-duct passif en qualifications (comme le prouvent les très bons résultats décrochés jusqu’ici par Michael Schumacher : 4e en Australie et 3e en Malaisie), mais ne bénéficie pas d’un réel ascendant lors du GP. Ce point pris en compte, doublé de l’usure prématurée des gommes de la Mercedes, expliquent en grande partie les contreperformances de la W03 en course.

Bronca dans le paddock

Dès lors, certains directeurs d’équipe se sont empressés de demander des clarifications auprès de la FIA, Christian Horner (Red Bull) et Éric Boullier (Lotus F1 Team) en tête. Les autres responsables des teams se sont montrés plutôt silencieux, attendant une prise de position des autorités sportives.
Seul Martin Whitmarsh, directeur exécutif de McLaren, s’est montré compréhensif vis-à-vis de Mercedes. Peut-on en déduire que McLaren détient un dispositif similaire dans les tuyaux ? C’est une hypothèse vraisemblable, à plus forte raison quand on sait que l’équipe de Woking était à l’initiative des premiers F-duct il y a deux ans, et dispose donc d’une bonne expérience dans ce domaine.

Ross Brawn et Martin Whitmarsh en grande discussion.

Quoi qu’il en soit, Charlie Whiting, chef du département technique de la FIA, et Jo Bauer, délégué technique, ont pratiqué de multiples tests et inspections en Australie et ont donné dans un premier temps leur approbation concernant ce système.
‘Rappelons que les F-duct ne sont pas bannis. C’est leur activation via un mouvement du pilote qui est prohibée’, a expliqué Charlie Whiting. Il est vrai que le F-duct passif n’interagit à aucun moment avec une autre partie de la voiture, que ce soit avec les suspensions ou bien encore la direction. Néanmoins, l’activation du DRS, qui conditionne l’ouverture des prises d’air du F-duct, s’effectue bien à la suite d’une action du pilote. De fait, le F-duct ne serait peut-être pas si passif que cela…

‘Il faut que l’on sache rapidement si ce dispositif est légal ou non. Nous voulons savoir si nous devons envisager  de consacrer du temps et de l’argent pour la conception et le développement de ce système’
, a déclaré un Christian Horner sceptique. Des équipes, comme Sauber, ont en outre expliqué qu’elles pourraient bien ne pas avoir les moyens techniques et financiers nécessaires pour développer un tel système cette saison.

Ross Brawn tempère cette idée, tout en ne cachant pas que l’introduction d’un F-duct passif sur une voiture, si elle est pensé a posteriori de sa construction, pourrait s’avérer difficile. ‘Le système est simple et peu onéreux. Mais il n’est pas facile à intégrer à une monoplace s’il n’a pas été pensé a priori’, a commenté le « père » du F-duct.
Celui-ci ne s’est de plus pas privé de souligner que tout le bruit autour de cette affaire n’avait pour autre visée que de faire dispersion par rapport à l’agencement des nouveaux échappements à l’arrière des monoplaces. Selon le directeur technique de Mercedes, certaines voitures ne respecteraient pas non plus l’esprit du règlement en termes d’interdiction du diffuseur soufflé.

En somme, de nombreux débats techniques se profilent à l’horizon, et il est dommage de jeter la pierre aux ingénieurs de Mercedes GP, qui ont simplement fait preuve d’ingéniosité en exploitant intelligemment le flux d’air libéré par l’activation du DRS.

Pour ce qui est du F-duct passif, la décision de la FIA au GP de Chine sera capitale.
Si le dispositif se voit validé de manière définitive, les équipes n’auront d’autres choix que d’élaborer leur propre système. Si ce dispositif est envoyé aux oubliettes, la F1 aura une nouvelle fois refusé une belle innovation. Difficile dès lors de se revendiquer pinacle technologique du sport automobile…


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