Les différents appendices pour générer de l'appui sur une F1

L'aileron avant : le premier contact avec l'air

L'aileron avant sert à générer de l'appui, c'est-à-dire à appliquer une force vers le bas sur les roues avant, pour augmenter l'adhérence. Cela est particulièrement crucial dans les virages à haute vitesse, où la voiture doit rester stable pour maintenir une trajectoire optimale.

Cependant, sa fonction ne s'arrête pas là. L'aileron avant est également responsable de la gestion du flux d'air autour de la voiture, en le canalisant vers des zones spécifiques.

L'aileron avant est composé de plusieurs éléments, appelés "flaps" ou volets, qui sont ajustables, pour moduler l'appui en fonction des conditions de course.

On trouve généralement entre trois et cinq volets superposés, chacun avec une courbure et une inclinaison spécifique. Ces volets sont conçus pour canaliser et manipuler le flux d'air, en maximisant l'appui tout en minimisant la traînée.

Les parties principales de l'aileron avant :

° Les flaps principaux : ce sont les plus larges et les plus visibles. Ils déterminent l'appui de base que l'aileron génère. Leur angle est ajustable pour adapter la performance de la voiture aux caractéristiques du circuit (plus d'appui pour des circuits sinueux, moins d'appui pour des circuits rapides).

° Les endplates : ce sont les plaques verticales situées aux extrémités de l'aileron. Elles contrôlent les turbulences générées par les pneus avant et de diriger l'air vers des zones spécifiques, comme le fond plat ou les pontons.

° Les ailettes de contrôle de vortex : elles créent des vortex qui aident à canaliser l'air de manière précise. Ces vortex jouent un rôle clé pour sceller le flux d'air sous la voiture, maximisant ainsi l'efficacité du fond plat.

Les réglages de l'aileron avant sont également influencés par les conditions météorologiques. Sur une piste mouillée, les équipes augmenteront l'appui pour garantir une meilleure adhérence, tandis que sur piste sèche, l'objectif sera de trouver un équilibre entre vitesse et contrôle.

Certains designs d'ailerons avant intègrent des sections actives ou flexibles, capables de s'ajuster légèrement en fonction de la vitesse, ce qui permet de minimiser la traînée à haute vitesse tout en conservant un maximum d'appui à basse vitesse.

Bien que ces solutions soient réglementées, certaines équipes, comme McLaren, trouvent des moyens créatifs de maximiser les performances, tout en restant conformes aux règlements de la FIA.

Le fond plat : accélérateur de flux d'air

Le fond plat est une plaque horizontale située sous la monoplace, qui s'étend de l'aileron avant, jusqu'au diffuseur à l'arrière. Il créer une surface lisse qui canalise le flux d'air sous la voiture. Contrairement aux éléments externes comme les ailerons, le fond plat utilise l'air qui passe en dessous pour générer de l'appui, en exploitant l'effet de sol.

Lorsque l'air s'écoule sous le fond plat, sa vitesse augmente en raison de la surface réduite. Cette accélération crée une zone de basse pression sous la voiture. Cette dépression aspire littéralement la voiture vers le sol, générant ainsi de l'appui, sans augmenter la traînée. Cela améliore l'adhérence des pneus, sans compromettre la vitesse en ligne droite.

Les éléments du fond plat :

° Les générateurs de vortex : Ce sont de petites ailettes ou déflecteurs situés sous le fond plat, souvent près des bords. Ils créent des vortex qui aident à maintenir une séparation nette entre l'air qui circule sous le fond plat et celui qui entoure les côtés de la voiture. Ces vortex scellent les bords du fond plat, améliorant l'efficacité de l'effet de sol.

° Le canal Venturi : Sur certaines monoplaces, le fond plat est légèrement incurvé vers le haut, au niveau du diffuseur, formant un effet Venturi. Cette configuration accélère encore plus l'air sous la voiture, accentuant la dépression et donc l'appui généré.

Avec l'introduction des nouvelles réglementations en 2022, le fond plat a été repensé pour augmenter l'effet de sol. Le retour des canaux Venturi et l'autorisation de générateurs de vortex supplémentaires ont permis aux équipes de perfectionner la manière dont le flux d'air est contrôlé sous la voiture.

Les winglets sur les rétroviseurs et le halo

Dans la conception des monoplaces en Formule 1, chaque détail compte, y compris des éléments comme les rétroviseurs et le halo (structure de protection pour la tête du pilote).

Les ingénieurs utilisent des winglets, de petites ailettes ajoutées à ces structures, pour diriger le flux d'air de manière plus précise, minimiser la résistance au vent et optimiser l'efficacité des autres composants aérodynamiques.

En modifiant la trajectoire de l'air, ces ailettes aident à orienter le flux vers les autres éléments aérodynamiques comme le fond plat et le diffuseur, maximisant ainsi leur efficacité.

Cela est particulièrement important sur les lignes droites, où chaque point de résistance supplémentaire peut avoir un impact significatif sur la vitesse maximale de la voiture.

Les winglets génèrent des vortex qui aident à stabiliser le flux d'air. Ces tourbillons d'air agissent comme des barrières qui empêchent les turbulences de perturber le flux lisse autour des autres parties de la voiture. Cela est crucial pour maintenir un bon niveau d'adhérence et de performance.

Trois parties distinctes sur le train arrière pour générer de l'appui

Le train arrière d'une Formule 1 se compose de plusieurs éléments aérodynamiques interconnectés, travaillant ensemble pour maximiser l'appui et la vitesse de pointe : l'aileron supérieur, les beam wings et le diffuseur.

L'aileron supérieur (en vert)

L'aileron supérieur arrière est équipé de deux lames : une fixe et une destinée au DRS. L'ensemble de ses deux lames forment une aile d'avion inversée.

À l'inverse d'un avion, l'objectif en Formule 1 est de maintenir la voiture plaquée au sol pour générer de l'appui, en particulier dans les virages à haute vitesse.

Contrairement à ce que l'on pense, ce n'est pas l'air qui pousse sur l'aileron et appuie sur l'arrière de la voiture, mais plutôt un effet de succion.

Une dépression se crée sous l'aileron, car l'air s'accélère plus rapidement en dessous qu'au-dessus, générant ainsi une force vers le bas pour compenser cette dépression.

La deuxième lame de l'aileron arrière est celle qui accueille la partie amovible du DRS.

Lorsqu'elle s'active, le flap s'aplanit, permettant au flux d'air de passer directement à travers l'aileron, sans créer de résistance avec l'air. Grâce à cette réduction d'appui, le moteur peut alors libérer plus rapidement la puissance de son V6 hybride.

Les beam wings ou ailerons inférieurs (en orange)

Depuis l'instauration de la réglementation 2022, les équipes de Formule 1 ont de nouveau la possibilité d'utiliser des beam wings, également connus sous le nom d'ailerons inférieurs.

Les beam wings sont généralement constitués de quatre plans horizontaux qui s'étendent à l'arrière de la voiture. Leur position stratégique entre l'aileron arrière et le diffuseur leur permet d'interagir efficacement avec le flux d'air, maximisant ainsi leur contribution à l'aérodynamisme de la monoplace.

Ils créent une dépression au-dessus de leur surface, ce qui contribue à "aspirer" la voiture vers le sol. Cela augmente l'adhérence des pneus, permettant à la voiture de mieux adhérer dans les virages et d'améliorer la confiance du pilote.

Les beam wings sont conçus pour fonctionner en synergie avec l'aileron arrière supérieur.

Le diffuseur : amplificateur de l'effet de sol (en rose)

Il s'agit d'une section élargie et inclinée du fond plat, conçue pour augmenter le volume disponible à l'air qui s'écoule sous la monoplace. Le diffuseur est crucial car il permet de "diffuser" l'air de manière contrôlée, tout en accentuant l'effet de sol.

En augmentant progressivement la hauteur du fond plat vers l'arrière, le diffuseur permet à l'air sous la voiture de se détendre et de s'expandre. Cette expansion crée une accélération de l'air en amont (sous le fond plat), générant ainsi une plus grande dépression. Le rôle du diffuseur est de maximiser cette extraction d'air, en accélérant le flux qui s'échappe sous la voiture pour maintenir une basse pression efficace.

Les équipes de Formule 1 conçoivent souvent des diffuseurs en plusieurs sections, avec des canaux internes qui dirigent l'air vers des zones spécifiques. Ces canaux permettent de gérer les flux d'air avec précision, en optimisant l'effet de sol, sans créer trop de traînée.

Tout comme le fond plat, le diffuseur est équipé de générateurs de vortex pour maintenir la stabilité des flux d'air. Ces vortex permettent de garder un flux d'air constant et laminaire, ce qui maximise l'extraction d'air à haute vitesse.

L'effet du DRS et son impact

Les trois éléments du train arrière de la voiture fonctionnent en parfaite harmonie. Quand le DRS est activé, il réduit l'appui, ce qui permet à la voiture d'aller plus vite. À l'inverse, lorsque le DRS est fermé, l'appui est à son maximum.

Cette relation est intégrée dès la conception, en particulier avec le fond plat, qui aide à générer de l'appui en lien avec l'aileron arrière et le diffuseur.

Ainsi, lorsque le DRS est activé, les changements dans les flux d'air affectent le fond plat, ce qui réduit la traînée et augmente la vitesse de pointe.