Sauber Motorsport AG – Un vent de fraîcheur souffle sur la C42
En Formule 1, l'aérodynamique permet de gagner quelques centièmes de seconde décisifs et définit en grande partie la conception du véhicule. Le vent a changé de direction cette saison, ce qui est en partie dû à une nouvelle réglementation intéressante.
Depuis 20 ans, nous sommes le Tools & Quality Partner de Sauber Motorsport AG et de l'Alfa Romeo F1® Team
Lorsque l'on observe les masses d'air déplacées par une voiture de Formule 1 pendant une course, on comprend pourquoi chaque détail de l'aérodynamique compte. Les moindres modifications apportées à la voiture peuvent faire gagner quelques millisecondes par tour et faire toute la différence sur la ligne d'arrivée. Des efforts considérables sont déployés pour s'assurer que le flux d'air agit exactement là où il le devrait.
Chez Sauber Motorsport AG, 140 collaborateurs s'occupent du champ d'écoulement, de la simulation et des essais en soufflerie. Il s'agit notamment de concepteurs, de mécaniciens et d'analystes des données du parcours. L'aérodynamique de la nouvelle « Alfa Romeo F1® Team ORLEN C42 » a été considérablement modifiée par le nouveau diffuseur et les éléments réduits de l'aile.
Champ d'écoulement visualisé à l'aide de la simulation CFD. (Source photo : Sauber Motorsport).
Une équipe gagnante depuis 20 ans : Brütsch/Rüegger Tools et Sauber Motorsport
Brütsch/Rüegger Tools est le « Tools & Quality Partner » de Sauber Motorsport depuis 20 ans. Nos spécialistes accompagnent le site de Hinwil en proposant des services, des conseils sur les produits et une large gamme d'articles de marque pour la mesure, la production et le montage. L'entreprise, qui compte 550 collaborateurs, est également l'un des plus gros acheteurs de produits chimiques de Brütsch/Rüegger Tools. Elle s'approvisionne notamment en colles et produits de nettoyage, freins filets, pâtes à vis et fixations des emmanchements, sprays à froid, réfrigérants et vernis de blocage. Pour en savoir plus sur notre gamme de produits chimiques, lisez l'article suivant : Les 4 ingrédients indispensables pour que l'alchimie fonctionne.
Cette année, en entamant sa 30ème saison de Formule 1, Sauber Motorsport fête un autre anniversaire. Alfa Romeo compte désormais sur un duo inédit composé d'un pilote chevronné, le Finlandais Valtteri Bottas et d'un débutant, le Chinois Zhou Guanyu. Brütsch/Rüegger se félicite de cette future collaboration et souhaite à l'équipe beaucoup de succès pour cette saison !
2022 – Retour à l'effet de sol
La brillante innovation est dissimulée : après plusieurs décennies, la Formule 1 revient à l'effet de sol et autorise à nouveau les « tunnels Venturi », à savoir des canaux d'air ouverts qui influencent l'appui, c'est-à-dire l'adhérence au sol du véhicule. L'« effet Venturi » est produit en dirigeant le flux d'air à travers deux grandes entrées devant les pontons via deux tunnels situés sous la voiture. Les toits des tunnels, inclinés vers l'arrière, compriment l'air contre la route et l'accélèrent.
Avec le diffuseur, il y a moins de turbulences d'air derrière la voiture, ce qui désavantage les voitures qui suivent. Et ce n'est pas tout : cette technique facilite le dépassement.
Les premiers essais à Barcelone ont démontré que l'effet de sol a également fait renaître le fameux « bouncing ». Ce phénomène, qui fait « bondir » la voiture, est causé par le décrochage dans le soubassement aux vitesses de pointe et doit être à la fois anticipé et compensé par la suspension.
L'Alfa Romeo F1® Team ORLEN C42 : cette vue montre clairement pourquoi les aérodynamiciens donnent toujours la priorité aux pneus. (Source photo : Sauber Motorsport)
Équilibre entre vitesse de pointe et appui
Une fois le moteur, le châssis et la suspension des roues conçus, l'aérodynamisme est peaufiné. De course en course, les aérodynamiciens adaptent la voiture de Formule 1 aux conditions locales afin de tirer le meilleur parti de l'aérodynamisme. De cette façon, ils déterminent l'équilibre parfait entre la vitesse de pointe (en fonction de la résistance à l'air) et l'appui pour chaque circuit. L'objectif est simple : un appui maximum pour un minimum de résistance à l'air.
Alors qu'un appui important permet d'atteindre des vitesses plus élevées dans les virages et des distances de freinage plus courtes, une faible résistance à l'air augmente notamment la vitesse de pointe. Le tracé du circuit est donc particulièrement déterminant pour les ajustements aérodynamiques, comme l'explique Alessandro Cinelli, responsable de l'aérodynamique chez Sauber Motorsport AG : « De nombreuses grandes lignes droites, comme celles de Monza, exigent une résistance à l'air minimale et sont parcourues avec des ailes plates. Les circuits avec des virages, comme celui de Monaco, où la résistance à l'air est secondaire, sont parcourus avec des ailes raides. » Mais les conditions climatiques (les courants d'air chauds se comportent différemment des courants froids) et le style de conduite du pilote, y compris son assurance sur le moment, sont aussi des facteurs déterminants.
Pour mieux imaginer les forces en présence, voici une comparaison : alors que la portance d'une voiture roulant à 250 km/h est d'environ 30 kilogrammes, une voiture de Formule 1 génère un appui de 600 kilogrammes dès 180 km/h. Cette force générée par l'aérodynamique est nécessaire pour maintenir le véhicule au sol. Si l'Alfa Romeo C42 roulait sans pièces produisant de l'appui, elle décrocherait à environ 180 km/h. Autrement dit, grâce aux pièces aérodynamiques, la voiture pourrait rouler à l'envers sur le dessus d'un tube géant.
Génération de l'appui sur les ailes et le diffuseur. (Source photo : Sauber Motorsport)
Soufflerie :
« Model Motion System » de pointe
L'une des souffleries les plus modernes, la pièce maîtresse pour améliorer l'aérodynamisme, se trouve chez Sauber Motorsport à Hinwil. Le « Model motion System », d'une précision millimétrique, permet de tester le comportement de la voiture de course en position inclinée. Alors que la « chaussée roulante » peut pivoter jusqu'à 10 degrés par rapport à la direction du vent, il est également possible de soulever ou d'abaisser la voiture à l'aide d'un dispositif de suspension afin de simuler les flux d'air inclinés qui apparaissent dans les virages, lors de l'accélération ou du freinage. Diverses balances montées sur la voiture mesurent les forces de vent dominantes. Les gaz d'échappement sont également simulés : de l'air est insufflé à haute pression pour simuler le flux d'échappement. Mais avec la génération actuelle de voitures de F1, cette variable ne joue plus un rôle central.
Les lois de l'aérodynamique ne s'appliquent pas partout. Les modifications réglementaires apportées par la Fédération internationale de l'automobile (FIA) ont souvent conduit à des changements nécessaires, comme dans les années 80, lorsque l'appui important a été abandonné pour faciliter la conduite et renforcer la sécurité. D'ailleurs aujourd'hui, la FIA limite également le nombre d'heures passées en soufflerie qui, depuis 2021, dépend du classement actuel. Plus une équipe est bien classée, moins elle pourra utiliser la soufflerie.
Flux d'air jusqu'à 300 km/h : Sauber Motorsport exploite l'une des souffleries de F1 les plus modernes et les plus performantes, qui fait l'objet d'un développement continu. (Source photo : Sauber Motorsport)
Soufflerie virtuelle : simulation CFD
Pour cette raison, seuls les points les plus importants sont testés dans la soufflerie. Pour les déterminer, des données issues de simulations CFD (Computational Fluid Dynamics) sont utilisées. Cette simulation des flux d'air est également connue sous le nom de soufflerie virtuelle. Alessandro Cinelli poursuit : « Nous utilisons la simulation CFD de manière ciblée pour obtenir des informations et des données de mesure aux points critiques afin d'effectuer des calculs. »
Le « meshing » fait référence à la création de maillages en volume ou en surface utilisés non seulement pour l'optimisation des pièces aérodynamiques, mais aussi pour le refroidissement des freins, l'environnement du moteur, le refroidissement général du moteur, l'hydraulique, la transmission et l'électronique ainsi que les liquides comme l'eau ou le carburant. Pour de telles simulations, les spécialistes de la CFD utilisent un maillage volumique de plusieurs centaines de millions de mailles et un maillage surfacique de plusieurs millions de mailles.
Le maillage volumique complet pourrait théoriquement être constitué de plus d'un milliard de mailles. Cependant, pour garantir l'efficacité, « seules » 100 millions de mailles sont utilisées pour le maillage volumique dans les simulations. (Source photo : Sauber Motorsport)
Pour favoriser la simulation de flux, les données du véhicule des courses précédentes sont également utilisées pour l'ajustement aérodynamique - ce qui n'est pas le cas cette saison, car la C42 est un tout nouveau modèle. Toutefois, la soufflerie virtuelle, qui fournit de plus en plus des prédictions précises pour les processus d'écoulement réels dans des conditions variables, gagne en importance. Les données et les visualisations CFD sont donc immédiatement disponibles pour l'équipe CFD. Pour les projets d'optimisation plus complexes, des mesures dans la vraie soufflerie sont toujours nécessaires pour vérifier les résultats. Alessandro Cinelli résume : « La soufflerie nous rapproche de la réalité, mais rien n'égale la réalité. »
Focus : précision maximale et qualité irréprochable
« Pour une production et un montage précis et de qualité supérieure, nous nous appuyons sur des partenaires fiables. L'un d'entre eux est Brütsch/Rüegger Tools avec qui nous entretenons un partenariat particulièrement fructueux depuis 20 ans. » Alessandro Cinelli, responsable de l'aérodynamique chez Sauber Motorsport AG (source de la photo : Sauber Motorsport)