Effet de sol en F1 : définition et explications

Effet de sol en F1 : définition et explications
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La Formule 1 est un sport en constante évolution, et la technologie et l’innovation jouent donc un rôle important. En 2022, l’une des plus grandes innovations du 20e siècle revient : l’effet de sol. Face à ce retour, beaucoup de gens se demandent, qu’est-ce que l’effet de sol en F1 et comment fonctionne-t-il ?

L’effet de sol consiste à réduire l’espace entre le plancher d’une voiture de F1 et l’asphalte pour créer une zone de basse pression sous la voiture, augmentant ainsi la vitesse à laquelle l’air circule et créant une force descendante plus importante, encore plus élevée que celle générée par les ailerons.

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De cette façon, une aspiration est générée qui colle la voiture plus près de la piste et lui fait prendre les virages à une vitesse plus élevée. L’effet de sol était une innovation très controversée à l’époque, et 40 ans après son interdiction, il est de retour en F1. Lisez la suite pour tout savoir sur le sujet.

Qu’est-ce que l’effet de sol en Formule 1 ?

L’effet de sol a été utilisé en F1 entre 1978 et 1982. Le fonctionnement de cette technologie est lié à l' »effet Venturi », qui repose sur le principe de Bernoulli. Lorsqu’un liquide (l’air dans le cas des voitures de F1) passe constamment dans un entonnoir, la vitesse à laquelle ce fluide sort de l’extrémité la plus fine est supérieure à celle de l’extrémité la plus large. La pression est réduite et rend la vitesse de sortie plus élevée.

Ceci, appliqué à une voiture de F1, rapproche le plancher de la voiture de l’asphalte pour « étrangler » le passage de l’air, créant une pression moindre que celle de l’extérieur et faisant circuler l’air plus rapidement. Comme l’air passe plus vite sous la voiture qu’au-dessus, une force d’appui importante est créée, ce qui permet à la voiture de rester sur la piste et d’aller plus vite. En bref, une pression plus faible équivaut à une vitesse plus élevée et vice versa.

Fonctionnement de l’effet de sol en F1

Le fonctionnement de l’effet de sol est le même que celui des ailes des avions mais inversé. Dans les avions, l’écoulement de l’air au-dessus de l’aileron est plus rapide que sous celle-ci, ce qui la fait se soulever. Dans les voitures de F1, le plancher fonctionne comme une aile inversée, réalisant l’effet inverse de celui d’un avion, qui colle la voiture à la piste.

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Pour mieux comprendre, vous pouvez tenter une expérience simple à la maison. Prenez une bande de papier et soufflez dessus : vous verrez que la bande s’élève car l’air circule plus vite au-dessus qu’en dessous.

Le but de l’effet de sol est donc de créer une zone de basse pression sous la voiture pour augmenter la force d’appui, donc la vitesse de la voiture en virage. Comme la pression sur les côtés de la voiture et la zone supérieure est plus élevée, entre 1978 et 1982, des jupes ont été introduites pour fermer le bas de la voiture et empêcher l’air à haute pression de s’échapper sous la voiture.

Quelle a été la première voiture à effet de sol en F1 ?

La Lotus 78 a été la première voiture à introduire l’effet de sol, révolutionnant ainsi à jamais la Formule 1. On dit que Colin Chapman, fondateur et ingénieur principal de Lotus, et son aérodynamicien, Peter Wright, n’avaient pas l’intention de découvrir l’effet de sol lors de la conception de la Lotus 78.

Ils étudiaient comment placer les radiateurs sur les montants latéraux pour produire le moins de traînée possible, et lors des essais, ils ont trouvé des valeurs de force descendante extraordinaires. Ainsi, en appliquant le principe de Bernoulli, l’aérodynamisme de la voiture est devenu un grand spoiler, une aile d’avion inversée. En outre, ils ont ajouté des jupes sur les côtés des voitures pour sceller cette zone de basse pression.

Lotus 78

La Lotus 78 était prête à courir en août 1976. Pourtant, Colin Chapman savait que cette innovation était bien supérieure aux voitures concurrentes et que dès que la concurrence la verrait, elle serait copiée et sûrement améliorée immédiatement.

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C’est pourquoi la Lotus 78 n’a pas fait ses débuts avant 1977, afin de disposer de plus de temps pour comprendre son fonctionnement et le perfectionner. En 1977, l’efficacité de cette innovation a été démontrée, puisque la Lotus 78 était la voiture la plus rapide, triplant les niveaux d’appui du reste de la grille. Cependant, elle n’a pas remporté le championnat du monde cette année-là, car elle était très peu fiable, avec 7 abandons en 17 courses.

Pendant que ses rivaux essayaient de comprendre la Lotus 78, Chapman avait déjà préparé la Lotus 79, qui a fait ses débuts en 1978, un modèle plus raffiné mais, surtout, beaucoup plus fiable. Grâce à cela, Mario Andretti a pu remporter le titre des pilotes et Lotus le championnat des constructeurs.

Comme Chapman l’avait prévu, d’autres équipes comme Ligier et Williams copient l’effet de sol de Lotus et l’améliorent. En 1980, Alan Jones et sa Williams FW07 à effet de sol ont remporté le titre. Lotus n’a pu obtenir aucun autre titre avec son effet de sol.

Pourquoi l’effet de sol est-il plus efficace que les ailerons ?

En Formule 1, l’augmentation de la force d’appui peut être obtenue de plusieurs façons, principalement par les ailerons. Le fonctionnement des ailerons est similaire à celui de la main que l’on passe par la fenêtre d’une voiture : si on la pose à plat, parallèlement au sol, l’air la traverse sans la déplacer ; en revanche, si on l’incline légèrement, l’air la poussera vers le bas ou vers le haut.

Les ailerons fonctionnent en déplaçant le flux d’air vers le bas pour générer plus de force descendante. Cependant, elles ont un problème : elles génèrent une résistance aérodynamique puisque ce flux d’air peut également ralentir la voiture. C’est pourquoi les équipes ont conçu des ailerons et des volets complexes qui détournent l’air vers les côtés et l’arrière.

Cela crée de nombreuses spirales de vent, ce qui crée des turbulences sur la voiture derrière et lui fait perdre de l’adhérence, rendant les dépassements beaucoup plus difficiles.

D’un autre côté, l’effet de sol est aérodynamiquement beaucoup plus efficace que les ailerons car il provoque une plus grande force d’appui tout en freinant moins la voiture et en produisant moins de turbulences. L’effet de sol provoque très peu de traînée, ce qui permet de générer de la puissance à moindre coût.

Pour cette raison, dans les années 1980, certaines équipes ont même conçu des voitures sans aileron avant, car la force d’appui générée par l’effet de sol était si importante et efficace qu’elles pouvaient courir sans.

Pourquoi l’effet de sol a-t-il été interdit en F1 ?

L’effet de sol est merveilleux ; cependant, comme toute chose dans la vie, il a ses inconvénients. La FIA a interdit l’utilisation de l’effet de sol en 1983 pour des raisons de sécurité. Effectivement, il était très dangereux et provoquait de nombreux accidents.

Comme nous l’avons vu précédemment, les écuries ont commencé à introduire des jupes sur les côtés de la voiture pour fermer le soubassement et empêcher l’air à haute pression de s’échapper sous la voiture. Ces jupes étaient placées le plus bas possible pour une efficacité maximale. De ce fait, elles effleuraient donc le sol et avaient une petite suspension pour s’adapter à la piste.

Cependant, comme les pistes présentent de nombreuses irrégularités, des nids de poule et des virages, une ou les deux jupes pouvaient se soulever, ce qui créait un changement de pression sous la voiture, réduisant ainsi la force d’appui. Cela pouvait déséquilibrer et même faire basculer la voiture, car il y avait deux pressions différentes, ce qui était très dangereux.

En plus de devenir plus instables, les voitures devenaient très rapides et difficiles à conduire. A une époque où les aides d’aujourd’hui comme la direction assistée n’existaient pas, conduire une de ces voitures était un énorme défi physique. Par conséquent, les pilotes terminaient les courses vraiment épuisés. Beaucoup se sont plaints de ce problème.

Les accidents liés à l’effet de sol en F1

Ronnie Peterson en 1978 avec la Lotus 79, Patrick Depailler en 1980, et Gilles Villeneuve en 1982 sont quelques-uns des pilotes qui ont perdu la vie à la suite d’accidents causés par l’effet de sol alors que leurs voitures étaient lancées dans les airs.

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René Arnoux a également eu un accident en 1980 dû à l’effet de sol où il a failli s’écraser dans la foule. En 1982, la voiture de Didier Pironi a également été projetée dans les airs lorsqu’elle est entrée en collision avec la Renault d’Alain Prost, lui cassant les jambes.

Ces accidents ont choqué le monde entier et ont renforcé la pression sur la FIA pour améliorer la sécurité, qui avait été ignorée jusque-là, mais il fallait faire quelque chose.

À partir de 1983, les jupes sont interdites et le fond de la voiture doit être complètement plat. Ainsi, les voitures ne sont plus aussi rapides dans les virages, car elles ne génèrent plus autant de force d’appui.

Pourquoi l’effet de sol est de retour en F1 depuis la saison 2022 ?

En 2022, l’un des changements aérodynamiques les plus transcendants de l’histoire a eu lieu. Le soubassement et le diffuseur sont deux des parties les plus touchées par ce changement, provoquant le retour de l’effet de sol en 2022. Mais, comment se fait-il qu’il revienne si c’était si dangereux ?

En 2022, les fameuses jupes des années 80 sont interdites. À la place, de petits éléments aérodynamiques sur les côtés tentent de faire la même chose : sceller le dessous du plancher autant que possible afin qu’il n’y ait pas de perte soudaine de force descendante.

C’est beaucoup plus sûr car ils ne toucheront jamais la route. Toutefois, ils ne sont pas aussi efficaces que les jupes. De même, les circuits d’aujourd’hui sont beaucoup plus sûrs que ceux des années 1980. En effet, ils comportent de nombreuses sorties de piste et barrières de sécurité et ne sont pas aussi bosselés ou irréguliers.

Une autre différence en termes de sécurité par rapport aux années 1980 est qu’en 2022, les voitures sont équipées d’une planche en bois sur le plancher pour empêcher les voitures de descendre trop bas. Ainsi, si le pilote heurte un nid de poule ou une bordure, la force d’appui de la voiture n’est pas perdue soudainement.

Cette planche de bois est obligatoire depuis 1994. En outre, le plancher de la voiture n’a plus une courbure aussi prononcée qu’auparavant, mais est plus lisse et plus progressif.

L’objectif de la FIA

Avec ces changements, l’objectif de la FIA est de générer plus de force descendante grâce à l’effet de sol et non plus avec les ailerons, qui ont été considérablement simplifiées. Bien que deux grands ailerons (avant et arrière) soient toujours nécessaires, la FIA entend que les nouvelles voitures génèrent moins de turbulences, et donc que les voitures puissent être suivies plus facilement et qu’il y ait donc plus de dépassements.

Comme nous l’avons vu précédemment, les ailerons compliquées de ces dernières années créaient beaucoup de turbulences sur la voiture derrière, lui faisant perdre de la force d’appui. Avec les ailerons simplifiées et le nouvel effet de sol, il devrait y avoir moins de turbulences. On estime que les voitures qui se suivent pouvaient perdre jusqu’à 50 % de leur force d’appui auparavant, alors que cette perte sera désormais réduite à 18 %.

L’une des choses que nous verrons avec le retour de l’effet de sol est ce que l’on appelle le « porpoising », qui fait référence à une attitude de la voiture causée par l’aérodynamique, qui fait que les voitures vacillent sur les lignes droites, montant et descendant, comme les marsouins lorsqu’ils nagent.

Cela met encore plus de pression sur la tête et le cou des pilotes, et ce n’est pas une chose confortable à dire. En pré-saison, certains pilotes ont décrit comment leur tête bougeait comme un fou et que cela leur donnait un peu mal à la tête, mais ils s’y habitueront.

Conclusion

L’effet de sol a été l’une des innovations les plus révolutionnaires de la F1 à la fin des années 1970 et au début des années 1980. Il a introduit une nouvelle façon de comprendre l’aérodynamique des voitures, générant beaucoup plus de force descendante et les rendant plus rapides, bien que très dangereux, et a donc été interdit en 1983.

Le règlement actuel de 2022 autorise le retour de l’effet de sol pour réduire les turbulences et améliorer les dépassements en raison des progrès en matière de sécurité. Espérons qu’il y aura plus d’égalité entre les équipes et, par conséquent, plus d’émotion.

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