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Les F1 2022 souffrent de marsouinage : on vous explique tout

F1. Qui dit retour de l'effet Venturi dit retour d'un phénomène bien connu des écuries et des pilotes de F1 entre 1978 et 1982 : le marsouinage. Mais de quoi s'agit-il ?

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Valtteri Bottas au volant de la C42 sur le circuit de Barcelone
© Alfa Romeo / Valtteri Bottas au volant de la C42 sur le circuit de Barcelone

Ça y est ! Le coup d'envoi des essais hivernaux 2022 de Formule 1 a été donné hier matin à Barcelone. Les écuries travaillent donc activement au développement de leurs voitures basées sur la véritable révolution qu'est le règlement 2022. Parmi ce règlement, qui a pour but de permettre aux monoplaces de mieux se suivre et donc qu'il y ait plus de batailles rapprochées en piste, figure le retour de l'effet de sol via des tunnels Venturi placés sous la voiture.

Dès la première journée, la plupart des écuries ont rencontré un problème qu'elles n'avaient pas vraiment anticipées lors des simulations réalisées à l'usine : le marsouinage, ou "porpoising" en anglais.

Le marsouinage, c'est quoi ?

Sur une voiture à effet de sol Venturi, plus la vitesse de celle-ci augmente, plus l'appui aérodynamique augmente et donc plus l'effet de succion augmente. Mais plus la voiture s'abaisse, plus elle se rapproche d'un point où les flux d'air des tunnels au niveau du diffuseur finissent par se séparer. Cette séparation des flux d'air a pour conséquence la baisse de pression de l'air, qui résulte en un rehaussage de la garde au sol de la voiture. Ce rehaussage de la garde au sol provoque un regain d'appui aérodynamique, ce qui fait que l'effet de succion se reproduit et la voiture s'écrase de nouveau contre le bitume. Et donc, le processus de succion/rehaussage de reproduit à une fréquence plus ou moins stable jusqu'à ce que le pilote freine et ralentisse la voiture. Ce processus est également accentué par le fait que les suspensions des nouvelles F1 sont très dures afin que les monoplaces restent le plus proche possible du sol et ainsi augmenter l'effet de succion et donc l'appui aérodynamique.

Ce processus fait rebondir la voiture d'avant en arrière, à la manière d'un marsouin qui successivement plonge dans l'eau puis en émerge, d'où le terme de marsouinage pour expliquer ce phénomène de rebondissement.

Ce phénomène est d'abord très connu par les pilotes d'avion, car les ailes d'avion ont aussi ce problème :

Effet de portance avion

Et étant donné que les nouvelles monoplaces génèrent maintenant plus de 75% de leur appui aérodynamique par l'effet de sol, c'est au final la voiture entière qui devient un aileron géant, la différence ici étant que celle-ci est une aile inversée car son but est de créer de l'appui et non de la portance comme un avion.

Hier, les monoplaces ont été très touchées par ce phénomène et ont causé beaucoup de tort à l'asphalte du circuit de Catalunya :

Les traces causées par les F1 2022 au 1er virage du circuit de Barcelone

Par conséquent, certains pilotes vont même jusqu'à s'écarter de la trajectoire idéale en ligne en droite pour éviter les bosses qu'elle comporte ! Si ce problème de marsouinage n'est pas régler d'ici la fin de saison, on peut déjà se demander ce qu'il adviendra du circuit des Amériques, dont le bitume est sujet à un bosselage chronique dû au sol marécageux sur lequel le circuit a été construit.

Il est étonnant de constater qu'aucune écurie n'a été en mesure d'anticiper ce phénomène. En effet, le marsouinage ne date pas d'hier : il était déjà rencontré par les premières Formule 1 à effet Venturi (entre 1978 et 1982), ainsi que les prototypes du Groupe C. À cette époque là, le marsouinage était si violent que les roues avant des monoplaces se levaient, à la manière d'un dragster. Ainsi, Peter Wright, ingénieur chez Lotus et concepteur des premières "wing cars" de l'histoire de la F1, a expliqué lors d'une interview avec Auto Reverse que Mario Andretti pouvait voir la lumière du jour sous ses roues avant lorsque le marsouinage était à son paroxysme. Gary Anderson de The Race a lui vu de ses yeux les roues avant d'une Ligier à effet de sol se soulever d'au moins 5 centimètres dans la ligne droite des stands de Monza.

Plus concrètement, voici la Ferrari F1-75 en train de marsouiner :

Pourquoi le marsouinage est-il problématique ?

Les vibrations causées par le marsouinage peuvent endommager fortement le fond plat : hier, presque la moitié des écuries ont dû procéder à changement du soubassement de leur monoplace et Alfa Romeo et Haas ont été les plus touchés par ce problème, roulant très peu durant la journée. Il se murmure même qu'Alfa Romeo a été si impactée par ce phénomène au shakedown de Fiorano qu'un trou a été découvert dans la voiture.

Aussi, ces vibrations rendent la voiture instable en ligne droite et les freinages encore plus compliqués qu'ils ne l'étaient déjà (les pilotes devant aussi composer avec le "brake by wire", rendant la voiture instable sur l'arrière au freinage). Et la visibilité des pilotes est également impactée par ses vibrations, alors qu'elle est déjà impactée par les nouvelles roues 18 pouces. Sans parler de l'état du dos des pilotes à la fin de chaque course (quid de Singapour ?)...

Quelles solutions au marsouinage ?

Dans les années 80, la solution avait été apportée par Lotus et sa 88 à double châssis : seul le kit aérodynamique serait affecté par le marsouinage, mais pas le pilote qui serait dans un châssis différent. La solution était si novatrice que la FIA s'est empressée de l'interdire avant même que la Lotus 88 n'ait pu boucler un seul tour en course.

Si on ne peut éviter de faire ressentir au pilote les rebondissements, alors il faut se concentrer sur comment atténuer voire faire disparaitre ces rebondissements. Pour cela, il faut empêcher la voiture d'atteindre ce point "de non retour" où les flux d'air se séparent et font perdre de l'appui aérodynamique à celle-ci.

Les écuries ont constaté que le DRS, étant donné qu'il réduit l'appui aérodynamique arrière, provoque ce faisant un rehaussement de la garde au sol et donc contribue à atténuer le marsouinage. Le marsouinage étant atténué alors que l'aileron avant est rabaissé lorsque le DRS est ouvert, on peut donc supposer que le problème se situe à l'arrière de la voiture, là où les flux d'air se séparent.

Par conséquent, une des solutions envisageables serait de rendre la suspension arrière plus souple. Mais cela pourrait avoir un effet néfaste : la réduction de l'efficacité du diffuseur et donc une voiture moins rapide sur un tour. Les équipes devront donc trouver le meilleur compromis entre stabilité et marsouinage.

Si les écuries ne voulaient faire aucun compromis, les solutions existaient :

- Les amortisseurs de vibrations ou "mass dampers" : la solution, introduite par Renault en 2005, se situait dans le museau de la monoplace et permettait d'absorber les chocs et les vibrations. La FIA est intervenue et a interdit les mass dampers durant la saison 2006, jugeant qu'il s'agissait d'un élément aérodynamique mobile.

- La suspension "modulable" : Mercedes avait mis en place cette suspension novatrice sur sa W10 en 2019 et elle reproduisait le rôle des mass dampers. Cette solution a été interdite par la FIA a la fin de la saison 2021.

- La suspension active : dernière innovation de Colin Chapman et perfectionnée par Williams, la suspension active contrôlait en permanence la garde au sol de la voiture et donc permettait de rendre la voiture beaucoup plus stable sur les bosses. Donnant un avantage manifeste aux monoplaces anglaises et réduisant le rôle du pilote dans le pilotage, la FIA sévit fin 1993 en l'interdisant, ainsi que toutes les autres aides au pilotage électroniques.

Il sera intéressant de voir comment les écuries de F1 vont devoir gérer cette nouvelle problématique qui va ajouter du piment à une saison 2022 qui s'annonce comme la plus indécise de ces dix dernières années.

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