Comment fonctionnent les pontons en F1 ?

Les pontons ou sidepods sont un élément très important d’une voiture de F1, et il en existe de toutes les formes et de toutes les tailles. Ils sont essentiels pour l’aérodynamisme de la voiture et jouent également un rôle clé dans le maintien de la fraîcheur. Mais comment fonctionnent les pontons des voitures de F1 ?

Les pontons de F1 permettent de manipuler le flux d’air au-dessus et autour de la voiture, et de canaliser l’air vers les radiateurs pour refroidir les composants internes de la voiture. Ils sont depuis longtemps un élément important de la production de force aérodynamique, et les équipes peuvent adopter des approches très différentes en ce qui concerne la conception de leurs sidepods.

Ci-dessous, j’expliquerai plus en détail comment les sidepods d’une F1 contribuent à la production d’efforts aérodynamiques, et comment ils permettent également de garder les choses au frais. Je répondrai également à vos questions sur la conception des sidepods, en abordant les contre-dépouilles, les lamelles de refroidissement, les festons, et bien plus encore !

Qu’est-ce qu’un ponton en F1 ?

Le ponton d’une F1 est le renflement de la carrosserie de la voiture de chaque côté du pilote, qui recule à des degrés divers le long de l’emplacement du moteur à l’intérieur de la voiture. Les sidepods sont utilisés pour refroidir les composants internes et guider le flux d’air sur la voiture.

Les sidepods existent en Formule 1 depuis 1970, lorsque la Lotus 72 de Colin Chapman et Maurice Philippe a fait ses débuts. C’était la première voiture à être équipée de « refroidisseurs » de chaque côté de la voiture.

Les panneaux latéraux d’une voiture de Formule 1 servent à refroidir le moteur et d’autres composants internes. Cependant, le moteur n’est pas le seul à avoir besoin d’être refroidi, car il y a plusieurs autres éléments, notamment : 

• l’électronique (y compris l’ECU)
• la boîte de vitesses
• la batterie
• le système hydraulique
• l’embrayage
• système hybride

Chaque équipe a un design unique

La façon dont les équipes structurent leurs sidepods a un impact majeur sur le refroidissement des composants internes et sur l’écoulement de l’air sur la voiture. Les équipes utilisant des moteurs, des boîtes de vitesses, des châssis et d’autres pièces différents, les exigences en matière de refroidissement et les dimensions du châssis sont différentes, ce qui signifie que les équipes doivent utiliser des conceptions de pontons uniques.

Cela signifie que certaines équipes doivent utiliser des prises d’air plus grandes sur leurs sidepods, et nous verrons souvent des formes plus arrondies et d’autres plus carrées. Certaines équipes peuvent ne pas choisir d’utiliser des lames de refroidissement (voir ci-dessous), tandis que d’autres peuvent en avoir besoin en fonction de leur moteur et d’autres éléments internes.

Les dimensions du châssis peuvent également exiger que les déflecteurs latéraux soient de formes, de tailles et de conceptions générales différentes (comme des conceptions festonnées ou sous-découpées, plus d’informations à ce sujet ci-dessous), afin de maximiser la force d’appui et de canaliser correctement l’air au-dessus et en dehors de la voiture.

Autres fonctions des pontons

Les pontons d’une F1 ont également d’autres fonctions, notamment celle d’abriter divers composants électroniques, ainsi que les structures d’impact latéral, qui sont d’importants éléments de sécurité. Mais cet article se concentrera sur leurs fonctions de refroidissement et d’aérodynamisme.

Je reviendrai bientôt sur la manière dont les sidepods contribuent au refroidissement, mais parlons d’abord du rôle qu’ils jouent dans la production de l’appui aérodynamique, qui a fait l’objet de nombreuses discussions au cours des dernières années en particulier.

Comment les pontons contribuent à l’aérodynamisme en F1

Les déflecteurs latéraux d’une voiture de F1 jouent un rôle clé dans l’aérodynamisme et la production d’appuis aérodynamiques. Ils sont utilisés pour aider à générer de l’outwash (nous y reviendrons) et pour manipuler le flux d’air au-dessus et vers l’arrière de la voiture. Pour ce faire, ils utilisent des « champs d’écoulement ».

De nombreuses équipes utilisent de larges déflecteurs latéraux pour créer un champ d’écoulement en direction des pneus arrière, ce qui sert deux objectifs :

• repousser le sillage de la roue avant loin de la voiture pour éviter de perturber l’aérodynamique à l’arrière
• Créer moins d’accumulation de pression au niveau des pneus arrière, ce qui réduit la traînée.

Cela permet aux voitures de maximiser la production de force portante à l’arrière de la voiture, ce qui favorise la traction et les performances globales. Mais pour mieux comprendre comment les sidepods produisent de la force aérodynamique et pourquoi ils ont cet aspect, nous pouvons nous tourner vers les changements de règles qui sont entrés en vigueur en 2022.

Comment la réglementation de 2022 a affecté la conception des pontons en F1

Les modifications du règlement 2022 ont complètement changé l’aspect et le fonctionnement de nombreuses parties d’une voiture de F1. Les sidepods et les zones environnantes en sont un exemple particulièrement frappant. Ils ont également donné lieu à de nombreux designs intéressants qui ont suscité l’enthousiasme des médias et des fans de F1 quant à la façon dont chaque équipe abordait les choses.

Par exemple, nous avons eu droit aux conceptions en forme de cuvette de Ferrari comparées à l’énorme découpe de Red Bull (voir l’image un peu plus loin). Mais il y a plusieurs raisons pour lesquelles les sidepods ont tellement changé en 2022 et au-delà.

Plus de bargeboards

Par rapport aux années précédant les changements de règlement, les éléments qui manquent le plus sur les voitures de F1 actuelles sont les bargeboards, des structures complexes utilisées pour manipuler l’écoulement de l’air et améliorer la production de force portante. Il s’agit de structures complexes utilisées pour manipuler le flux d’air et améliorer la production de force descendante, mais les changements de règles de 2022 les ont interdites. Cela signifie que les côtés des voitures ont commencé à avoir une apparence très différente.

La nouvelle réglementation permet essentiellement aux équipes d’avoir des longerons plus longs pour réduire certaines des pertes aérodynamiques résultant de l’interdiction des bargeboards (bien que ce ne soit pas la seule raison pour laquelle les équipes peuvent utiliser des longerons plus longs). Les bargeboards généraient beaucoup d’eau de ruissellement, ce qui permettait de gérer le sillage des roues avant et d’étanchéifier le plancher pour améliorer la production de force portante.

Des conceptions différentes

Avec la disparition des bargeboards, les équipes doivent désormais s’en remettre à la conception de leurs sidepods pour gérer le sillage des roues avant et « alimenter » le plancher pour produire de la force d’appui. Par exemple, Ferrari a conçu le dessous de l’entrée de ses sidepods de manière à créer une zone de haute pression qui a permis de repousser très tôt le sillage de la roue avant vers l’extérieur et d’alimenter le plancher.

D’autre part, Mercedes a utilisé la virure en forme de bargeboard de l’entrée de l’underfloor et un aileron descendant devant l’entrée de leur ponton, ce qui génère un peu d’outwash (mais moins que la solution de Ferrari). Nous avons vu à quel point Mercedes était en difficulté par rapport aux années précédentes, et comment la conception de Ferrari lui a permis de gagner des courses au début de la saison 2022.

Cela montre que la conception des pontons joue un rôle clé dans les performances de la voiture, mais il y a beaucoup d’autres éléments à prendre en compte qui peuvent empêcher les équipes de se contenter de copier ce qui fonctionne pour d’autres équipes. Elles doivent penser à l’emballage des autres parties de leur voiture, à la manière dont les autres composants affectent le flux d’air et, bien sûr, aux coûts de la course au développement.

Plus de Vortex Y250 non plus

Mais pour revenir à la façon dont les règles de 2022 ont changé les choses, elles ont radicalement réduit les capacités des équipes à créer de l’outwash pour éloigner le sillage de la roue avant de la voiture et pour sceller le sous-plancher aérodynamiquement (en particulier avec l’absence du vortex de l’Y250). Ce tourbillon a disparu grâce à l’élimination de l’espace entre le nez et les bords intérieurs de l’aileron avant.

Les longerons plus longs que nous voyons aujourd’hui et les divers composants qui génèrent des « tourbillons de bord » sont utilisés pour stabiliser l’écoulement de l’air sous la voiture et pour étanchéifier le plancher.

En 2022, les déflecteurs latéraux ont donc été modifiés de façon radicale, principalement pour aider à générer des courants d’air et à maintenir le sillage des roues avant et d’autres sources d’air turbulent à l’écart des divers dispositifs aérodynamiques de la voiture.

Qu’est-ce qu’une découpe sur les sidepods F1 ?

Les découpes sur les sidepods de F1 sont essentiellement des zones où les sidepods sont découpés en dessous de la prise d’air du radiateur, ou vers l’arrière du sidepod. Il en résulte une forme où le sidepod est plus étroit vers le plancher de la voiture, comme si le dessous du sidepod avait été « découpé ».

De nombreuses équipes utilisent un modèle de sidepod découper, dont l’ampleur varie d’une voiture à l’autre. Red Bull est l’une des équipes qui utilise une découpe clairement visible, que vous pouvez voir sur l’image ci-dessous, la flèche blanche illustrant le début de la découpe. Cela permet de canaliser le flux d’air vers l’arrière de la voiture pour une meilleure production de force d’appui, mais il existe de nombreuses façons différentes d’aborder les contre-dépouilles, et les équipes les utilisent à des degrés divers.

Qu’est-ce qu’une baignoire sur les pontons  des voitures de Formule 1 ?

Les baignoires sur les pontons des voitures de F1 sont essentiellement des zones du sidepod qui plongent vers le bas pour créer une dépression dans le ponton, reflétant la forme d’une baignoire. Ces sections « évasées » servent à rediriger le flux d’air de diverses manières vers l’arrière de la voiture.

Le premier exemple de baignoire sur les pontons des F1 dans le cadre de la nouvelle réglementation est apparu lorsque Ferrari a publié pour la première fois des images de sa voiture 2022. Les longerons de la Ferrari étaient en quelque sorte évasés et courbés à mesure qu’ils se dirigeaient vers l’arrière de la voiture.

Le design dentelé des pontons de Ferrari

Le design du ponton en forme de baignoire de la Ferrari F1-75 a fonctionné avec la surface supérieure de la rampe de diffusion pour former une zone de haute pression à l’arrière de la voiture. Cela a permis d’ajouter de la force d’appui à l’arrière directement sur le plancher, mais aussi d’augmenter la pression à l’arrière du pied latéral, ce qui a réduit la traînée. La réduction de la traînée et l’augmentation de la force d’appui sont la combinaison idéale !

Cependant, cela illustre une fois de plus les nombreux facteurs qui entrent en jeu sur une voiture de F1 lorsqu’il s’agit de performances. Tout n’est pas dû aux sidepods, sinon on pourrait s’attendre à ce que les sidepods de Ferrari lui fassent gagner toutes les courses ! La beauté de la Formule 1 réside en partie dans sa complexité et dans le fait qu’il n’existe pas de solution unique à tous les problèmes, ce qui explique la grande diversité de conception des voitures.

Comment les pontons contribuent-ils au refroidissement ?

Les sidepods contribuent au refroidissement du moteur car ils dirigent le flux d’air vers les composants internes et les radiateurs. Pour que le moteur reste froid (ainsi que les divers autres composants chauds que j’ai énumérés plus haut), les radiateurs ont besoin d’être canalisés vers l’air, tout comme les radiateurs d’une voiture de route moyenne. Les pontons se chargent de cet acheminement.

Les radiateurs des voitures de route sont placés directement derrière la grille du capot de la voiture, où ils peuvent capter autant d’air frais que possible. Les radiateurs constituent une interface entre le liquide de refroidissement contenu dans le radiateur et l’air extérieur. Le liquide de refroidissement circule à travers et autour du moteur, absorbant une partie de l’énergie thermique, puis il repart à travers les radiateurs.

Fonctionnement d’un radiateur de voiture en termes simples

L’air frais qui passe au-dessus du radiateur lorsque la voiture roule à grande vitesse absorbe une partie de l’énergie du liquide de refroidissement contenu dans le radiateur, et la grande surface des radiateurs permet un transfert de chaleur relativement important du liquide de refroidissement chaud vers l’air frais extérieur.

Cela permet au liquide de refroidissement de rester « froid » (relativement parlant) et de continuer à remplir sa fonction, à savoir maintenir la température du moteur dans une fenêtre de fonctionnement idéale. Les radiateurs des voitures de F1 font le même travail que les radiateurs d’une voiture de route moyenne.

Radiateurs pour voitures de F1

Cependant, il n’y a pas de place pour les radiateurs à l’avant d’une voiture de Formule 1. C’est là que se trouve l’aileron avant aérodynamique, qui produit de la force d’appui. En outre, le moteur se trouve à l’arrière de la voiture, juste derrière le pilote. Il est toujours préférable d’avoir les radiateurs le plus près possible du moteur, c’est pourquoi ils sont intégrés dans les longerons. L’aileron avant et le nez de la voiture aident à canaliser l’air vers les nacelles latérales pour le refroidissement.

Fait important : les radiateurs des voitures de F1 ont une surface beaucoup plus grande que ceux des voitures de route, en raison des besoins massifs de refroidissement de ces machines à grande vitesse.

Éjection de l’air chaud

L’air qui s’engouffre dans les sidepods refroidit le moteur, mais se réchauffe rapidement en raison de la température élevée du moteur. Cet air doit encore être expulsé de la voiture pour éviter la surchauffe du moteur. Les gaz chauds issus du processus de combustion à l’intérieur du moteur sont envoyés dans le tuyau d’échappement, qui éjecte l’air chaud vers l’arrière de la voiture, comme le fait l’échappement d’une voiture de route ordinaire.

Mais qu’en est-il de l’air chaud qui est passé à travers les panneaux latéraux et les radiateurs ?

Par le passé, certains changements de règles ont affecté la manière dont les équipes pouvaient installer des sorties sur leurs longerons. Elles sont indispensables pour permettre à l’air de s’échapper du sidepod après avoir interagi avec le radiateur, mais les différentes façons de procéder peuvent favoriser ou entraver l’aérodynamisme d’une voiture.

Un changement de règlement est intervenu en 2009, lorsque les équipes ont dû utiliser des « pontons fermés » avec des zones limitées où elles pouvaient utiliser des sorties. Aujourd’hui, les équipes ont recours à diverses stratégies, avec des lamelles de refroidissement ou des « louvres » utilisées sur les capots latéraux de nombreuses voitures (bien qu’on les trouve aussi souvent sur les capots du moteur).

Lamelles de refroidissement sur les voitures de F1

L’air chaud qui est éjecté de ces lames de refroidissement n’a pas beaucoup d’énergie utilisable (même s’il est chaud, nous parlons d’énergie en termes d’utilisation pour la production d’appui), ce qui signifie qu’il peut être extrêmement perturbant pour l’aérodynamique de l’arrière de la voiture s’il n’est pas soigneusement contrôlé (voir notre guide sur l’air sale pour plus d’informations à ce sujet).

La gestion de l’air chaud qui sort des sidepods lorsque les équipes utilisent des lames de refroidissement est donc un aspect très important de la conception des voitures de F1 de 2022.

À retenir

Les déflecteurs latéraux des voitures de F1 ont deux fonctions très importantes. Ce sont des composants aérodynamiques importants, qui contribuent à produire une grande partie de l’appui aérodynamique de la voiture. Ils abritent également les radiateurs de la voiture et jouent donc un rôle clé dans le refroidissement des composants internes, comme le moteur et l’unité hybride.