Introduction

« L’aérodynamique est la partie où le plus gros gain en performance peut-être fait, mais essayer de l’anticiper dans le but d’être compétitif est très difficile. »

— Mike Gascoyne, 2002

Chaque année les écuries de formules 1 investissent des millions d’euros pour améliorer les performances des voitures qu’ils engageront en compétition. L’objectif poursuivi est de permettre à la voiture d’aller le plus vite possible. Parmi les principaux axes de recherche développés par les ingénieurs des écuries on trouve : le poids, la puissance et l’aérodynamisme. Dans le cadre de notre Travail Personnel Encadré, nous nous intéresseront à cette dernière thématique de recherche.

L’aérodynamisme traite de tous les écoulements d’air autour de la voiture. La formule 1 est la plus prestigieuse des voitures du sport automobile: la vitesse pure sur circuit, la technique de pilotage et l’endurance sont les ingrédients qui rendent ce sport spectaculaire.

Ces dernières décennies, on a constaté une croissance constante des puissances des moteurs. Par exemple pour la monoplace Renault, la puissance en chevaux est passée de 750 en 1992 à 875 en 2016. La conséquence immédiate de cette augmentation de puissance est la possibilité d’accéder à des vitesses plus importantes, bien supérieures à la vitesse atteinte lors du décollage d’un avion de ligne standard par exemple (env. 230 km/h). C’est l’application des principes de la dynamique des fluides qui permettent aux ingénieurs des écuries de trouver des solutions pour conserver la formule 1 au sol à très grande vitesse. Dans le cadre particulier de la formule 1 qui connaît en course des variations de vitesses et des accélérations très fortes, les solutions aérodynamiques retenues doivent limiter autant que possibles les effets de ralentissement.

Lors d’un Grand Prix de formule 1, vingt voitures sont alignées sur la ligne de départ. Chaque écurie possède deux pilotes auxquels elle attribue deux voitures qui utilisent les dernières technologies afin d’être les plus compétitives possibles. La construction des voitures est réglementée de manière stricte par différentes normes, définit par la FIA (fédération internationale de l’automobile) telles les dimensions, la puissance, les équipements, le design… Ces restrictions ont pour objectif de proposer plus de spectacle au public, de maximiser la sécurité des coureurs et de limiter l’impact environnemental.

Au sein de la thématique de l’aérodynamique, notre TPE a pour objectif de montrer comment certains équipements permettent d’améliorer l’aérodynamisme d’une formule 1 en répondant à 2 enjeux opposés : optimiser la vitesse de la voiture et la coller au sol. Nous développerons chacun de ces enjeux en décrivant les grands principes physiques en interaction avec la structure de la formule 1 en mouvement.

En développant ces deux aspects au mieux, la reine du sport automobile cherche à être la plus compétitive possible parmi ses concurrentes.