La sécurité en F1 : Les monoplaces, conçues pour protéger les pilotes

Tout d’abord évoquons la dernière réglementation marquante mise en place par la FIA, le Halo de sécurité.

Halo

Le halo est un arceau de sécurité installé au-dessus du cockpit des F1. Celui-ci, peut être considéré comme l’évolution de l’arceau de sécurité qui fut imposé dès la fin des années 60. Ce dispositif se devait d’être situé à 5 centimètres au-dessus du casque du pilote et a pour mission de protéger la tête de ce dernier en cas de retournement ou de chevauchement avec une autre monoplace.

Le halo est un système de protection frontal du cockpit devant éviter au pilote qu’il soit touché à la tête par des débris ou un pneu qui se serait détaché d’une autre voiture, ou bien même de sa propre voiture. En effet on peut rappeler la tragique histoire du pilote automobile Mike Spence, qui perdit la vie lors des essais préparatoire pour les 500 Miles d’Indianapolis après que sa propre roue lui percuta la tête. Les ouvertures du halo sont notamment étudiées pour bloquer le passage d'une roue mais permettant l'extraction du pilote.

Le halo est une pièce composée de titane, pesant 7 kg. Elle est capable de résister à une roue de F1 lancée à plus de 220 km/h, comme elle l’avait prouvé en déviant sans problème un pneu de 20 Kg catapulté depuis un canon à azote à près de 225 km/h lors des tests FIA. C’est après plusieurs années de recherche de la FIA sur les avantages de la sécurité des structures avant d’une monoplace, que Mercedes conceptualisera et proposera le halo en 2015. Ce dispositif a été rendu obligatoire en 2018 en F1, malgré toute la controverse pouvant entourer le sujet et a été accéléré par l'accident tragique de Jules Bianchi au Japon alors que sa Marussia s'était encastrée sous un bulldozer venu retirer une monoplace sortie de piste.

Le halo a rapidement prouvé son efficacité. Tout d’abord en F2, en 2018, à Barcelone, après l’accident entre les Japonais Makino et Fukuzumi. Puis, lors du Grand Prix de Spa-Francorchamps 2018, lorsque la monoplace d’Alonso était passé au-dessus de celle de Charles Leclerc, le halo protégeant la tête du Monégasque.

Dernier événement marquant, démontrant l’utilité du halo fut l’accident de Romain Grosjean au Grand Prix du Bahreïn de 2020. Ce crash d’une extrême violence, le pilote franco-suisse demeurant véritable miraculé. Il s’était exprimé peu après son accident, lors de son séjour à l’hôpital en disant : « Je n’étais pas favorable au halo il y a quelques années mais je ne serais pas là pour vous parler aujourd’hui sans cela ».

De grands noms du sport automobile s’était publiquement opposé au halo, comme le regretté pilote légendaire autrichien de Formule 1, Niki Lauda, qui avait déclarait « Cela détruit l'ADN des monoplaces de F1 ». Toutefois, bien que loin de faire l’unanimité, le halo s’avère être une évolution significative et réussie de la sécurité en Formule 1. Outre la Formule 1, le Halo équipe également les monoplaces de F2, F3 et Formule E.

Vidéo de présentation du Halo, en Anglais, lors d'une conférence de la FIA :

L’appui-tête de protection dans le cockpit

Pour pallier au manque d’efficacité du HANS contre les chocs latéraux, la FIA a donc mis en place l’appui-tête. Ce dernier est communément appelé « bête à corne » dans la profession, du fait de son apparence similaire à son appellation.

L’appui-tête est d’une épaisseur 75 mm et est constitué d’une mousse à moyenne/forte densité. Placé à l’intérieur de plusieurs couches de carbone, il est formellement interdit de recouvrir cette partie de la monoplace d’un quelconque matériau afin de pouvoir identifier une potentielle fissure à la suite d’un accident.

En temps normal, le pilote n’enlève pas l’appui-tête pour s’installer dans son baquet, ni pour en sortir. Toutefois, la bête à corne s’enlève facilement de la voiture afin de pouvoir extraire le pilote de son siège, du fait de ses fixations par deux clips sur l’avant et de deux pions pour le maintien arrière. Toujours en condition normale, la tête du pilote ne doit pas venir reposer sur l’appui-tête, laissant une marge d’environ 5 centimètres de chaque côté du casque y compris à l’arrière. Cette petite marge permet aux commissaires de saisir la bête à corne sans bouger la tête du pilote et donc d’assurer sa sécurité lors d’une extraction.

De ce fait, l’appui-tête remplit son rôle en cas de choc arrière ou latéral, à l’inverse du système HANS, car le casque ne peut pas effectuer de grands déplacements sur le côté ou vers l’arrière.

La cellule de survie du cockpit

La cellule de survie, représentant le cockpit au sens large, est l’élément fondamental de la monoplace. Elle s’inspire des bases de la McLaren MP4 de 1981, conçue exclusivement en carbone Kevlar, matériau ayant la particularité d’être ultra résistant et léger. Ce fut une véritable révolution en comparaison aux anciennes structures tubulaires qui n’absorbaient pas l’énergie et se déformaient lors d’un choc, pouvant être la cause de graves blessures pour un pilote.

Cette cellule de survie fut l’objet de nombreuses réglementations étant la pièce maitresse préservant la sécurité du pilote à bord de sa monoplace. C’est pour cela qu’en 1971, il est fixé que le délai pour qu’un pilote s’extraie seul de son baquet soit de 5 secondes maximum. De ce fait, les dimensions d’ouverture du cockpit sont soumises à des réglementations. En outre, la cellule de survie doit être capable de résister à un renversement, donc à d’éventuels tonneaux, mais également au poids d’une autre monoplace qui la chevaucherait comme on a pu souvent le constater lors de Grands Prix. Depuis 1978, il est obligatoire pour cette pièce qu’elle comprenne un arceau principal situé derrière le volant et un secondaire intégré dans la prise d’air situé derrière le pilote, au-dessus de son casque. Les parois latérales de la cellule, conçues pour résister à une perforation, sont également soumises, lors de l’homologation de la monoplace, à de sévères contraintes. Elles viennent suppléer les deux arceaux afin de garantir la solidité du cockpit. Pour protéger les jambes des pilotes, la cellule doit rester intact dans sa partie avant car le nez de la monoplace est fait pour absorber l’énergie du choc lors d’un impact frontal.

La cellule de survie, ou bien même le cockpit dans sa globalité, est très réglementé du fait de son importance. Cette pièce représente le bunker, le fort de protection du pilote à bord de sa monoplace.

L'extincteur

Les monoplaces de Formule 1 contiennent des extincteurs directement intégrés afin de pouvoir éteindre le plus rapidement possible d’éventuelles flammes. Il est placé sur le flanc de la voiture à proximité du volant et donc à proximité des mains du pilote ou même des commissaires s’ils doivent intervenir. C’est simplement un petit interrupteur qui déclenche l’extincteur depuis le cockpit. Ce dispositif a été mis en place dans l’hypothèse où la monoplace prendrait feu, comme cela à pu arriver à Niki Lauda en 1976, Nick Heidfeld en 2011 ou encore récemment, Romain Grosjean lors du Grand Prix de Bahreïn 2020.

Le coupe-circuit

A côté de ce bouton d'extincteur, on retrouve notamment le bouton « kill switch » qui permet d’éteindre le moteur ou de forcer son arrêt. Ces commandes sont directement sur le côté du cockpit dans l’éventualité où, lors d’un choc, le volant ne soit plus atteignable pour éteindre le moteur.

Les réservoirs

Cette poche en caoutchouc pouvant contenir jusqu’à 110 Kg d’essence est un système très sophistiqué de parois, de collecteurs de pompes et de trappes. Celle-ci est enfermée dans une structure écrasante qui fait partie de la cellule de survie, laquelle est soumise à de nombreux crash-tests comme on a pu l’évoquer précédemment. Les réservoirs sont également, très réglementés d’un point de vue technique. Par exemple la largeur de cette enveloppe en caoutchouc ne doit pas excéder les 80 centimètres.

Ces réservoirs sont conçus par la société ATL, basée à Milton Keynes en Angleterre dans la« motorsport valley ». Elle utilise un mélange de Kevlar enduit de caoutchouc, nommé 818-D, qui satisfait aux exigences de la norme FT5-1999 de la FIA. Toutefois, la complexité de ces réservoirs se trouvent à l’intérieur de ces derniers. L’enjeu principal étant d’éviter le « fuel slosh », le ballottement de la masse d’essence risquant de déséquilibrer la voiture. Pour éviter ces allés-venus, le réservoir est subdivisé à l’aide de plusieurs parois, appelées baffles.

On installe des parois verticales pour contrôler l’écoulement dans les virages, des parois latérales pour maîtriser les mouvements à l’accélération et au freinage, et enfin des parois horizontales pour empêcher que le carburant ne remonte.

L’installation de ces différents panneaux est périlleuse du fait que la monocoque de F1 ne comporte à sa base qu’une petite ouverture pour introduire le réservoir afin de préserver sa rigidité.

Toutefois, il faut que l’essence soit en permanence acheminé vers la pompe, de ce fait il existe des trappes à sens unique dans les parois. Afin que le système puisse pomper en continu à l’intérieur de cette cavité pour éviter d’avoir des à-coups ou de provoquer l’arrêt définitif du moteur, le réservoir contient également un collecteur d’une capacité de 1 à 2 litres, capable d’alimenter le moteur pendant plus de 30 secondes, en attendant que le carburant atteigne le compartiment final. Lorsque l’essence est dans le collecteur, elle est aspirée par une pompe à haute pression GDI (Gasoline Direct Injection) installée sur le bloc moteur. Cependant, la FIA a décidé en 2020 de réduire drastiquement la quantité de carburant pouvant se trouver en dehors du réservoir. Celle-ci est passé de 2 litres auparavant à 250 ml désormais.

Les longerons

La révolution qu’à connu la Formule 1 en 2014 a également entraîné un changement au niveau des structures d’impact latérales des monoplaces, étant la première ligne de protection dans le cas d’un choc provenant par le côté.

Le violent accident de Robert Kubica à Montréal en 2007, pulvérisant sa BMW à plus de 230 Km/h orienta la FIA vers la recherche sur les structures de crash lorsque l’impact se fait en contact avec un angle oblique. Suite à celle-ci, les longerons seront utilisés, étant capables d’absorber aux alentours de 40 kJ d’énergie, suite à un impact oblique ou normal. C’est l’ancienne écurie Marussia, devenant Manor Marussia par la suite avant de devoir renoncer à la Formule 1 avant même le début de la saison 2017, qui a conceptualisé le design original de ces longerons, qui fût ensuite perfectionné par l’écurie Red Bull. Les écuries ont donc dû adapter le design de la voiture en y ajoutant ces longerons. L’aspect aérodynamique représentant un élément clé de la compétitivité en Formule 1.

Les attaches de roues

Les pneus d’une Formule 1 pèsent respectivement 9,5 kg et 11,5 kg pour l’avant et l’arrière sans compter les jantes. Dans l’initiative de réduire les chances qu’une roue de ce poids se détache et percute un pilote ou quelconque personne à proximité, sachant qu’elle peut être éjectée à une vitesse nettement supérieure à la voiture lors d’un accident, des attaches roues sont utilisés. Ils sont présents en Formule 1 depuis 2001, mais ont subi des renforcements de sécurité depuis le tragique accident de Henry Surtees. En 2009, lors d’une course de Formule 2, la roue d’un autre pilote s’est détachée et l’a heurté à la tête, remettant en cause la réglementation de ces attaches de roues.

De ce fait, la FIA a modifié le nombre des attaches en 2011, chaque roue étant maintenant équipée de deux câbles étant chargé d’absorber une énergie équivalente à 6 kJ, à la place d’un seul auparavant. En 2018, on dénombre désormais 3 câbles.