L’air sale (ou dirty air en anglais) et l’air propre sont deux termes couramment utilisés en F1. Ils décrivent la manière dont l’air circule autour des voitures et ont tous deux des conséquences importantes sur leur aérodynamique. Mais qu’est-ce que l’air sale exactement ?
L’air sale désigne l’air qui s’échappe d’une voiture de F1 lorsqu’elle roule sur la piste. Cet air est turbulent et souvent chaud, car il est passé au-dessus, au-dessous et autour de la carrosserie de la voiture. Toute voiture suffisamment proche de celle qui la précède produit moins de force d’appui dans l’air sale, car l’air « propre » est idéal pour l’aérodynamique.
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Les modifications apportées aux règles en 2022 ont permis de résoudre le problème de l’air sale auquel la Formule 1 est confrontée depuis de nombreuses années, et les voitures sont désormais beaucoup plus faciles à suivre que celles de 2021 et des années précédentes. Cependant, l’air sale n’a pas été complètement éliminé de la discipline, c’est pourquoi je vous explique ci-dessous tout ce que vous devez savoir à ce sujet.
Qu’est-ce que l’air propre en F1 ?
L’air propre n’est pas perturbé et peut facilement se déplacer le long de la carrosserie d’une voiture de F1 et à travers les prises d’air. Cela permet aux voitures de produire une force portante maximale dans de l’air pur et de refroidir leurs composants internes plus efficacement. L’air pur est la situation idéale pour l’aérodynamique d’une voiture de Formule 1.
Lorsque l’air pur passe au-dessus d’une voiture de Formule 1, il la « pousse » vers le sol, grâce à l’effet connu sous le nom de force d’appui. Avec les modifications apportées aux règles aérodynamiques en 2022, l’air est également aspiré par les tunnels Venturi situés sous le plancher de la voiture. Cela signifie que les planchers des voitures modernes produisent une plus grande proportion de la force d’appui des voitures que dans les années précédant les changements de règles.
L’air pur est donc « meilleur » en Formule 1, car chaque partie aérodynamique de la voiture peut produire une force d’appui maximale et la voiture peut se refroidir plus efficacement. Ce dernier point est vrai car, comme je l’expliquerai plus loin, l’air pur est également plus froid que l’air sale, et pour un refroidissement efficace, il faut une grande différence de température entre les composants chauds (comme le moteur et les freins) et l’air qui circule au-dessus d’eux et à travers eux.
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Produire de la force d’appui
Mais pour revenir à l’effet d’entraînement, les voitures de F1 ont besoin d’une zone d’air à haute pression au-dessus d’elles et d’une zone d’air à basse pression en dessous. C’est cette différence de pression qui fait que la voiture est « poussée » ou « aspirée » vers le sol.
En air pur, lorsqu’une voiture n’en a pas d’autre devant elle, il est facile de générer cette différence de pression car il y a beaucoup d’air devant la voiture dans une disposition assez uniforme. Mais lorsque cet air se déplace de manière chaotique, ou turbulente, la voiture ne peut plus générer autant de force portante qu’auparavant. C’est le problème de l’air sale.
Quelles sont les causes de l’air sale en F1 ?
L’air sale est dû au fait qu’une voiture de F1 se déplace dans de l’air propre et le perturbe, le rendant turbulent et moins énergétique. Avec toutes les ailes et autres éléments produisant de la force d’appui sur une voiture de F1, l’air est fortement perturbé, et comme les voitures de F1 roulent très vite, le sillage de l’air sale est mesurable même plusieurs secondes après.
Il est difficile d’imaginer comment l’air se déplace lorsqu’une voiture le traverse, car nous ne pouvons pas le voir, mais cela ressemble à la façon dont un bateau se déplace sur l’eau.
Le sillage d’une voiture de F1
Lorsqu’un bateau se déplace sur l’eau, on peut voir le sillage derrière lui. Le sillage d’un bateau ressemble à l’air sale ou aux turbulences que l’on trouve derrière une voiture de F1 lorsqu’elle se déplace dans l’air. Le sillage est simplement causé par le déplacement du bateau sur l’eau, qui le perturbe.
Si vous ajoutez de petites ailettes et modifiez la forme ou la taille du bateau, vous pouvez modifier l’ampleur du sillage qui se forme derrière lui. Cela modifie également la distance à laquelle le sillage s’étend derrière le bateau. Les voitures de Formule 1 fonctionnent de la même manière en ce qui concerne l’air sale et le sillage qu’elles ont derrière elles.
La génération précédente de voitures utilisait des ailes complexes aux formes uniques et différentes parties aérodynamiques sur leur carrosserie. Cela donnait aux voitures plus de force d’appui, mais laissait également un sillage massif autour et derrière elles avec une longue traînée, ce qui signifiait que les voitures derrière elles n’étaient pas en mesure de les suivre de près, et même celles qui se trouvaient plusieurs secondes derrière perdaient un peu de force d’appui.
Fait important : l’air sale ne provient pas seulement de l’arrière des voitures de F1. Elles génèrent également de l’outwash, c’est-à-dire de l’air sale projeté sur les côtés et au-dessus de la voiture, ainsi qu’à l’arrière, via l’échappement (l’air chaud du moteur) et le diffuseur.
Une fois que l’air passe au-dessus d’une voiture de Formule 1, il devient turbulent. En effet, l’air pur est utilisé pour pousser la voiture vers le sol (ou l’aspirer vers le sol dans le cas de l’effet de sol). Les différentes ailes et autres composants de la voiture perturbent l’air lorsqu’ils l’utilisent pour produire de la force d’appui ou l’orienter de diverses manières, ce qui laisse une traînée d’air sale, turbulent et à basse pression derrière la voiture.
Faible pression, faible énergie
L’énergie de l’air peut être considérée comme sa pression totale (statique + dynamique). L’air arrive à l’avant de la voiture avec une pression totale maximale, mais lorsqu’il passe au-dessus, à travers et autour des différents composants de la voiture, sa pression diminue, ce que l’on appelle parfois la « perte ». C’est pourquoi les aérodynamiciens parlent parfois de « réduction des pertes ».
J’utilise le terme « faible énergie » parce que l’air peut être à la fois turbulent et à haute énergie (comme c’est le cas avec certains vortex produits par les voitures), mais c’est l’air turbulent à faible énergie qui est le « pire » pour la production de force d’appui. Il ne suffit donc pas de dire « turbulent » lorsque l’on parle d’air sale.
Ainsi, l’air qui reste derrière est moins énergétique et la voiture derrière ne peut pas en tirer autant de force d’appui. Il s’agit d’une grande simplification, mais j’espère qu’elle aidera à comprendre pourquoi l’air sale est un tel problème pour la voiture qui suit.
Voyons de plus près comment l’air sale affecte les voitures de F1.
Comment l’air sale affecte-t-il une voiture de F1 ?
L’air sale est ce qui rend les voitures de Formule 1 difficiles à suivre dans les virages, car les voitures ne sont pas en mesure de produire autant de force d’appui dans l’air sale que dans l’air propre. L’objectif principal des modifications apportées aux règles aérodynamiques en 2022 était de rendre les voitures plus faciles à suivre. Mais pourquoi est-ce important ?
La plus grande force d’une voiture de Formule 1 est l’énorme quantité de force d’appui qu’elle peut produire. Les voitures de Formule 1 produisent plus de force portante que n’importe quelle autre voiture de course sur la planète, et c’est ce qui les rend si incroyablement rapides sur l’ensemble d’un tour. Rien ne peut battre les vitesses de passage en courbe que les voitures de Formule 1 peuvent atteindre.
Les voitures de Formule 1 peuvent prendre certains virages à 305 km/h, et plus vous allez vite, plus la voiture peut produire de la force d’appui (il y a bien sûr une limite, due en grande partie à l’augmentation des forces de traînée à des vitesses plus élevées, mais nous pouvons l’ignorer dans le cadre de cette discussion). Cependant, la voiture a besoin d’air pur pour produire une force portante maximale.
Ils peuvent encore produire beaucoup d’appui aérodynamique
La voiture produit toujours beaucoup de force portante (elle ne tombe pas à zéro sans prévenir), mais l’équilibre aérodynamique de la voiture fluctue dans l’air sale en raison de la pression inégale de l’air turbulent dans lequel la voiture roule. L’équilibre aérodynamique perturbé rend la voiture plus difficile à contrôler et le conducteur doit se battre davantage pour la maintenir sur la piste. La voiture peut commencer à glisser légèrement dans les virages, ce qui accélère l’usure des pneus.
Le moteur d’une voiture de Formule 1 est extrêmement chaud. La chaleur du moteur est rejetée à l’arrière de la voiture par l’échappement, et le mélange de cet air chaud avec l’air turbulent provenant des ailes et d’autres composants rend l’air encore plus « sale ». Il est également plus difficile pour les voitures qui suivent de refroidir leurs composants internes.
Refroidir la voiture dans de l’air sale
Pour refroidir quelque chose, il faut l’entourer d’un élément à plus basse température. La chaleur circule du chaud vers le froid et, en F1, cela signifie que la chaleur circule du moteur (et d’autres composants chauds comme les freins) vers l’air ambiant plus froid qui passe par les radiateurs et les conduits de freinage.
Cela signifie que la température de l’air influe sur la capacité des voitures de F1 à se refroidir, et dans les climats plus chauds, les voitures ne se refroidissent pas aussi efficacement. Les voitures de F1 ont également du mal à se refroidir à haute altitude, où l’air est moins dense, comme lors du Grand Prix du Mexique. C’est en fait ce qui se passe lorsqu’on roule dans de l’air sale : densité plus faible + température plus élevée = moins bonnes capacités de refroidissement.
Aspiration contre air sale
L’air sale n’est pas toujours mauvais pour les voitures de Formule 1. Dans les lignes droites, il est préférable d’avoir moins de force d’appui. En effet, si les voitures de F1 produisent de la force d’appui, elles produisent également de la traînée, une force qui les « tire » vers l’arrière, limitant ainsi leur vitesse. Cela signifie que l’air turbulent qui perturbe la voiture dans les virages peut en fait profiter à la voiture qui la suit dans les lignes droites.
En F1, on parle de couloir d’aspiration (ou slipstream en anglais) lorsqu’une voiture suit de près une autre voiture, ce qui permet à cette dernière de gagner de la vitesse sans avoir à « travailler » davantage. Les couloirs sont incroyablement puissants en Formule 1 en raison du fonctionnement de l’aérodynamique de la voiture, de sorte que la voiture qui suit peut facilement gagner plus de 15 km/h dans un couloir sur une longue ligne droite.
Les couloirs fonctionnent lorsque la voiture de tête « perce un trou » dans l’air pour la voiture de derrière, laissant derrière elle une zone d’air moins dense et à plus faible pression. La voiture de derrière, lorsqu’elle se trouve derrière la voiture de tête, a beaucoup moins de résistance à l’air qu’elle doit traverser, ce qui signifie qu’elle peut atteindre une vitesse de pointe beaucoup plus élevée qu’elle ne pourrait le faire dans un air plus propre et plus dense. Cela donne l’effet d’être remorqué par la voiture de tête.
Cependant, les couloirs ne sont pas toujours puissants et les voitures ont souvent besoin d’une longue ligne droite pour fonctionner. Sur les circuits où la ligne droite est plus courte, comme à Monaco, l’aspiration n’est pas aussi efficace que sur des circuits comme Monza et Spa. De plus, il y a toujours le problème du refroidissement, car cet air turbulent et à basse pression est peu propice au refroidissement sur les lignes droites et dans les virages.
Air propre et air sale en F1 : Un résumé
Un résumé de l’air pur par rapport à l’air sale en F1 :
- En F1, l’air pur est préféré à l’air sale dans la plupart des situations de course, à l’exception des lignes droites, où il est souvent utilisé pour faire glisser la voiture qui précède.
- L’air pur est le meilleur pour la production de force d’appui et pour le refroidissement d’une voiture de F1.
- L’air sale empêche les voitures de F1 de se suivre les unes les autres, car il limite la force d’appui que les voitures de queue peuvent produire et l’efficacité avec laquelle elles peuvent refroidir leurs composants internes.
L’air sale a-t-il toujours été un problème en Formule 1 ?
L’air sale n’est pas un phénomène nouveau en F1, et il existe à grande échelle depuis au moins les années 1980. À la fin des années 1990 et au début des années 2000, les voitures perdaient probablement jusqu’à 30 % de leur force d’appui à cause de l’air sale. Mais les choses ont pris une tournure plus importante en 2009, lorsque les règles mises en place pour résoudre certains problèmes aérodynamiques ont conduit les équipes à créer de grandes quantités de sillages.
Les voitures ont commencé à produire des sillages plus importants qu’auparavant, les ailes avant et les bargeboards repoussant le sillage de la roue avant aussi loin que possible de la voiture pour éviter qu’il n’interfère avec les composants aérodynamiques de la voiture situés plus à l’arrière. Au cours des années qui ont suivi, les voitures sont devenues de plus en plus complexes, avec des ailerons et des bargeboards compliqués, et le sillage en forme de champignon que les voitures laissaient derrière elles s’est agrandi.
Pour améliorer les courses, il était clair que deux choses devaient être réalisées :
- Le sillage devait être réduit
- Les voitures devaient devenir moins sensibles à l’air sale.
- Pour la saison 2022 de la F1, les règles aérodynamiques ont donc été modifiées afin de rendre les voitures plus faciles à suivre.
En quoi les modifications apportées au règlement 2022 améliorent-elles la qualité de l’air sale ?
La suppression de tous les ailerons et bargeboards des voitures et la création d’ailes plus simples à la suite des modifications du règlement 2022 ont permis de réduire la quantité d’air turbulent projeté par la voiture et autour d’elle, ce qui facilite le suivi. Mais cela a également rendu les voitures moins sensibles à l’air sale. Par exemple, les bargeboards produisaient beaucoup de force d’appui, mais ils étaient très sensibles au sillage de la voiture. Ils ont donc été interdits en 2022.
Simplification de certains composants
Les ailes avant complexes qui produisaient d’énormes quantités d’eau de ruissellement (aidées par ce que l’on appelle le « vortex Y250 ») étaient également très sensibles aux turbulences de l’air. Des ailes à faible traînée ont également été introduites pour améliorer la sensibilité au sillage, car elles produisent moins d’air perturbé et plus de résistance aérodynamique lors de la poursuite d’autres voitures. Les formes des ailes présentent désormais des lignes plus douces afin de réduire la quantité d’air sale produite, et l’aile avant en particulier produit moins de remous qu’auparavant.
La gestion du sillage des pneus a été renforcée par des modifications apportées aux tambours de frein avant, et les roues sont désormais recouvertes et surmontées d’ailettes déflectrices de sillage. Tout cela a permis d’améliorer l’écoulement de l’air autour de la zone de forte perturbation autour des roues et de réduire le sillage latéral (ce qui permet de se rapprocher plus facilement d’une voiture qui précède), et une plus grande partie du sillage arrière a été aspirée vers l’intérieur.
La F1 a dû apporter d’autres modifications aux voitures afin de simplifier ces composants tout en permettant aux voitures de produire la force d’appui nécessaire pour permettre des courses à si grande vitesse.
Tunnels de Venturi et Beamwing
Les tunnels Venturi sont l’un des éléments dont vous entendrez beaucoup parler. Ils permettent aux voitures d’utiliser l’effet de sol et sont également moins sensibles à l’air sale car les pertes (dans l’air turbulent) sont constantes aux deux essieux, ce qui permet un équilibre aérodynamique plus cohérent (et une période plus facile pour le pilote qui suit). Pour en savoir plus, consultez notre guide complet sur les tunnels Venturi en F1.
Afin de diriger l’air sale loin du plancher de la voiture de queue, l’aileron de poutre a été introduit. L’aileron de poutre est le plus petit aileron situé sous l’aileron arrière, et son but est de diriger une partie de l’air sale vers le haut et au-dessus de la voiture qui suit, laissant ainsi plus d’air propre disponible pour la voiture qui suit afin de produire de la force d’appui.
Grâce à toutes ces mesures, le sillage en forme de champignon est maintenant plus en forme de goutte d’eau, largement dirigé vers le haut au-dessus de la voiture qui suit. L’inconvénient est que l’effet de l’aspiration est quelque peu réduit, mais comme nous le voyons dans chaque course, en particulier dans les courses sur piste mouillée sans DRS, l’aspiration ou le remorquage en F1 est toujours incroyablement puissant.
Les modifications du règlement 2022
Lorsque les voitures 2021 se suivaient sur une distance d’environ 20 mètres, la perte d’appui était estimée à 35 %. Cela signifie que les voitures qui se suivaient ne pouvaient pas atteindre leur vitesse maximale théorique dans les virages, car elles perdaient de l’appui et devaient se laisser distancer davantage pour garder le contrôle de leur voiture à cette vitesse.
La réglementation de 2022 vise à réduire considérablement cet effet, et les premières estimations suggèrent que la perte d’adhérence, qui était de 35 %, n’est plus que de 4 % aujourd’hui. Cependant, plus les voitures se rapprochent (dans une certaine mesure), plus l’effet de l’air sale devient puissant, et il s’agit d’une conséquence inévitable des courses de voitures à roues ouvertes.
Faits marquants : la perte de force portante lorsque l’on se trouve à une longueur de voiture derrière la voiture qui précède est aujourd’hui d’environ 14 %, alors qu’avant 2022, elle atteignait 45 %.
L’air sale est-il toujours un problème en F1 ?
L’air sale qui s’échappe d’une voiture de Formule 1 a considérablement diminué à la suite des importants changements de règles qui ont été mis en œuvre en 2022. Cependant, c’est encore un peu un problème dans la Formule 1 moderne, et les voitures ont encore parfois du mal à se suivre. Mais il ne fait aucun doute que la situation s’est nettement améliorée par rapport à ce qu’elle était avant 2021.
Nous avons vu qu’il est devenu beaucoup plus facile pour les voitures de se suivre de plus près, en particulier lorsque nous regardons les différentes batailles que nous avons vues sur la piste. Certains dépassements réalisés en 2022 auraient été quasiment impossibles en 2021 et avant.
La principale différence que nous constatons est que les pilotes ont désormais la possibilité de riposter lorsqu’ils sont dépassés par une autre voiture. Auparavant, un pilote devait reculer dès qu’il était dépassé en raison de l’énorme perte de force portante qu’il subissait dans le sillage de la voiture qui le précédait.
Cependant, comme on l’a vu avec Max Verstappen et Charles Leclerc au début de la saison 2022, les batailles peuvent faire rage pendant plusieurs tours et les pilotes ne reculent pas rapidement pour retrouver leur adhérence. C’est un signe positif, mais il reste encore du travail à faire et les voitures doivent être davantage peaufinées afin de favoriser davantage les possibilités de dépassement en Formule 1.
En fin de compte, il s’agit d’une course à roues ouvertes, et ces voitures auront toujours des problèmes d’air sale. C’est une conséquence inévitable de la conception des voitures. Cependant, il est clair que les changements de réglementation de 2022 ont eu un impact très positif sur la situation de l’air sale.
À retenir
En F1, l’air sale rend difficile le suivi mutuel des voitures et, pendant de nombreuses années, il a empêché les voitures de doubler facilement. Cependant, l’effet de l’air sale s’est amélioré et nous constatons une plus grande concurrence entre les pilotes car ils peuvent se suivre sans perdre autant d’appui.
