La forme de la voiture :
Pour que la Formule 1 soit la plus optimisée possible, il faut qu’elle possède une résistance à l’air faible. A cette fin, la forme et l’écoulement des fluides autour de la carrosserie jouent un rôle déterminant.
L’aérodynamique est l’étude de l’écoulement de l’air sur un solide, la forme de la voiture est donc l’un des éléments clés pour que ce phénomène soit le plus efficace possible.
La première étape est l’étude de l’écoulement de l’air. On distingue trois types d’écoulement :
- L’écoulement laminaire : les couches d’air se déplacent les unes sur les autres sans échanges de particules entre elles, l’air suit un mouvement rectiligne et parallèle.
Schéma 1 – Écoulement laminaire - L’écoulement turbulent : les filets d’air se déplacent sous formes de « vagues» mais ils restent parallèles.
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Schéma 2 – Écoulement turbulent - L’écoulement tourbillonnaire : les filets d’air se mélangent et leur trajectoire est ni parallèle ni rectiligne.
Schéma 3 – Écoulement tourbillonaire
L’analyse des schémas ci-dessus permet de comprendre que pour que la voiture obtienne une résistance à l’air faible, il faut que l’écoulement de l’air autour de la carrosserie soit le plus proche possible de l’écoulement laminaire. L’enjeu pour les designers de la voiture est par conséquent de déterminer la forme la plus adaptée pour que l’écoulement soit laminaire.
Sur une surface plane, à l’approche de l’objet l’écoulement de l’air est laminaire puis il devient turbulent lorsqu’il entre en contact avec la plaque enfin l’écoulement est tourbillonnaire derrière la plaque ce qui créer une dépression et c’est cette dépression que l’on qualifie de résistance a l’air.
Sur une surface sphérique: l’écoulement de l’air autour de la sphère se fait plus facilement mais il existe toujours une zone de faible dépression derrière la sphère.
Autour d’un objet de forme biseauté : l’écoulement est encore plus facile (plus fluide), la dépressions derrière l’objet est encore plus faible.
Plus la dépression derrière l’objet sera faible plus la résistance à l’air sera faible. Il faut donc privilégier des formes biseauté pour la formule 1.
Une fois que la formule 1 a obtenue un écoulement de l’air le plus proche du laminaire il faut étudier sa forme pour réduire sa résistance a l’air.
Il est impossible de calculer directement la résistance de l’air sur la carrosserie, pour la mesurer il faut réaliser une expérience aérodynamique dans une soufflerie.
L’objectif des expériences réalisées en soufflerie est de calculer le coefficient de trainé, appelé coefficient Cx.Il suffit alors de mesurer la force qu’exerce le flux d’air sur la carrosserie pour en déduire le coefficient de trainée (Cx).
Le (Cx) est un nombre compris entre 0,07 et 1,4, plus il est faible plus la résistance à l’air est faible. Par convention le (Cx) d’une surface plane qui se déplace face au vent est de 1.
Donc en travaillant sur la forme de la voiture pour que l’écoulement de l’air soit le plus laminaire possible et que le (Cx) soit le plus faible possible la formule 1 peut rivaliser avec les autres voitures du championnat et espérer remporter le titre.
Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, le Cx d’une Formule 1 est très supérieur à celui d’une voiture de tourisme. En effet, ce dernier est environ de 0,90 alors que celui des voitures de tourisme est de 0,30 ! Ce constat met en évidence l’effet très néfaste des spécificités de la Formule 1 pour l’aérodynamique. En particulier, les pneus, qui jouent évidemment un rôle primordial au regard des vitesses atteintes et des sollicitations qu’ils reçoivent, représentent une contrainte forte à l’amélioration du (Cx) de la Formule 1.
TPE : l'aérodynamique en Formule 1 