b- Le diffuseur

• Description et spécificités du diffuseur

Le diffuseur est une pièce de la voiture située au fond et en dessous de la voiture (l’underbody). Il a été mis en place en 1990, et permet d’augmenter l’appui de la formule 1 en maximisant l’effet de succion sous la voiture. Il génère 50% de l’appui aérodynamique de la formule 1. Le diffuseur utilise l’effet de sol qui consiste à faire sortir l’air du dessous de la monoplace plus vite qu’il n’y est rentré. Ce phénomène crée une dépression sous la voiture ce qui aspire la voiture sur le sol et l’empêche de se décoller de la piste. Il a donc les mêmes propriétés qu’un aileron. Cependant, ils n’utilisent pas les mêmes techniques et n’ont pas les mêmes avantages. En effet, le diffuseur génère moins de trainée qu’un aileron, par contre les deux pièces sont victimes de « fuites » sur leurs côtés qui proviennent de l’aspiration de l’air par les zones à basse pression vers le bas, ce qui créer des tourbillons d’air (parfois visibles lorsque l’humidité est très élevée). Cela augmente la trainée et le règlement empêche de combler ses inconvénients comme par exemple en interdisant les jupes, qui permettraient de limiter ses fameuses « fuites » d’air, depuis les années 80. Précisément, le diffuseur créer un conduit d’air sous la monoplace qui stabilise l’écoulement d’air et canalise l’air sous la voiture pour ne pas qu’il se répande autre part et qu’il se dirige de façon laminaire sous la voiture. Il sert aussi à évacuer les gaz du pot d’échappement. En général, les diffuseurs sont faits de manière à former trois tunnels (un central et deux latéraux). Les fonds plats sont obligatoires sous la Formule 1 depuis 1983 ce qui diminue fortement l’effet de sol. Les jupes aérodynamiques (ou aile inversées) étaient un grand appendice sous la voiture qui emprisonnait l’air et formait une force tellement grande que même les forces G ne pouvaient pas décoller la voiture de la piste. Cependant, elles étaient très dangereuses pour le pilote car en cas de cassure, si la voiture décollait de la piste, les jupes aérodynamiques agissaient comme une aile et accentuaient l’envol de la voiture qui pouvait prendre des hauteurs vertigineuse. De plus, elles réduisaient énormément les possibilités de dépassement entre les formule 1 ce qui atténuait en grande partie le spectacle. Elles ont donc été interdites en 1982. Toujours dans le même objectif, depuis 1994, les constructeurs sont obligés d’ajouter une plaque sous la monoplace. Aujourd’hui, ces plaques sont faites en carbone alors qu’avant c’était de simple planche de bois. Elles surélèvent la voiture et atténuent donc leur tenu sur la piste.

Ces évolutions de la législations mettent en évidence les enjeux des réglages aérodynamiques qui doivent concilier la recherche de solutions optimales sans mettre en danger la sécurité du pilote.

• Le principe aérodynamique constaté au niveau du diffuseur

Sur le plan technique, un diffuseur met en pratique l’effet Bernoulli.

En effet, le diffuseur a la forme du tube de venturi.

Tube de Venturi

A l’avant de la voiture et à l’arrière la pression de l’air est normale. Au contraire, sous la monoplace la pression est moins forte à cause de la diminution du volume que peut contenir une quantité d’air égale à celle de devant la voiture (qui prend donc plus de place), ce qui provoque l’accélération du fluide dans cette zone et créer une dépression sous la voiture. Cela permet une meilleure adhérence à la piste. L’accélération du flux d’air sous la voiture est due à l’effet venturi.

On a, avec la conservation du débit d’air l’équation :

A1 x V1 = A2 x V2

Où A : la surface de la section et V : la vitesse du fluide

Le théorème de Bernoulli énonce qu’il y a conservation de l’énergie, l’accélération du fluide (dans ce cas l’air) dans le conduit (ici le dessous de la formule 1) correspond à la forme que l’énergie prend. En effet dans la première partie du tube de Venturi, l’énergie était répartie dans un plus grand espace. Le théorème de Bernoulli est matérialisé par l’équation : (pour l’écoulement : d’un fluide parfait, incompressible, irrationnel)

Où :

p est la pression en un point (en Pa ou N/m²)

r est la masse volumique en un point (en kg/m³)

v est la vitesse du fluide en un point (en m/s)

g est l’accélération de la pesanteur (en N/kg ou m/s²)

z est l’altitude (en m)

La constante est appelée charge.

On remarquera que la constante qui intervient dans le second membre de l’équation est propre à un écoulement.