Les coulisses du paddock : les impacts des conditions atmosphériques et les prévisions météo en F1

Dans cette chronique estivale, F1only.fr vous amène au cœur du paddock de F1 et vous fait découvrir les coulisses des Grands Prix. Aujourd’hui, nous nous plongeons dans les prévisions météo.

« Va-t-il pleuvoir pendant les qualifications ou pendant la course ? » Voilà LA question que tout le monde se pose avant chaque Grand Prix et seule une poignée de spécialistes est capable d’y répondre. En effet, pour chaque épreuve du calendrier, une équipe dédiée de météorologues travaille dans l’ombre pour fournir des prévisions météo ultra précises. F1only.fr s’est entretenu avec l’un d’entre eux, Paul Abeillé, il y a quelques semaines lors du Grand Prix du Canada à Montréal.

Avant de détailler comment sont élaborées et diffusées ces prévisions météorologiques, et pour bien comprendre les enjeux, commençons par faire un tour d’horizon des paramètres atmosphériques qui influencent le comportement des Formules 1.

Partie 1 : les impacts des conditions atmosphériques sur les F1

Ce n’est pas une surprise, faire rouler une Formule 1 efficacement est un exercice extrêmement complexe et demande des connaissances approfondies dans plusieurs domaines scientifiques (mécaniques, aérodynamiques, électriques, électroniques, thermiques, informatiques …). Outre ces domaines techniques, il ne faut pas oublier que les F1 sont aussi confrontées aux conditions atmosphériques dans lesquelles elles évoluent et la moindre évolution peut engendrer des différences de performance importantes. Une bonne compréhension des paramètres météo devient alors un atout déterminant pour décrocher une pole position et/ou gagner des courses.

La température

Dans tous les sports mécaniques et plus particulièrement en Formule 1, les ingénieurs et tacticiens s’intéressent de près à la fois à la température de la piste mais aussi à la température de l’air ambiant.

Comme la liaison entre la voiture et le sol est uniquement assurée par le contact des quatre pneus, c’est à travers ces derniers qu’est transmise la puissance du groupe propulseur. Avec les vitesses atteintes par les F1, les frottements au niveau des pneus sont considérables et cette friction génère énormément de chaleur surtout dans les virages. La température de la piste (qui peut dépasser 55°C comme ce fut le cas au Grand Prix de France il y a quelques semaines) vient s’ajouter à l’équation et devient un paramètre déterminant quant au choix des gommes à utiliser. Pour bien comprendre, il faut savoir que chaque type de pneus (durs, medium ou tendres déclinés en 5 versions de C1 à C5) est conçu pour fonctionner de façon optimale dans une plage de température étroite (de l’ordre de quelques dizaines de degrés).

Tableau : Plage de températures optimale par type de pneu

Une variation de quelques degrés de la température de la bande de roulement par rapport à la fenêtre de fonctionnement optimale peut coûter jusqu’à un dixième de seconde sur un temps au tour ! Suffisamment pour perdre plusieurs places lors des qualifications.

La complexité consiste donc à rester le plus longtemps possible dans la fenêtre de température idéale, c’est-à-dire celle qui donne le meilleur rendement en termes d’adhérence. Une utilisation en dessous de la fenêtre cible ne génère pas assez de grip mécanique, tandis qu’une utilisation au-dessus va engendrer une surchauffe, accélérer la dégradation et va immanquablement conduire à une chute brutale de la performance (voire à une crevaison).

Autre difficulté : comme les pneus avant et arrière ne fonctionnent pas exactement dans les mêmes plages de températures (ils n’ont d’ailleurs pas les mêmes largeurs : 270 mm à l’avant contre 405 mm à l’arrière), un changement de température du bitume (causé par exemple par une éclaircie ou par un passage nuageux) augmentera ou réduira le niveau d’adhérence de ces mêmes pneus et ce de manière inégale. Pour minimiser ces écarts entre le train avant et arrière, les mécaniciens vont modifier les réglages de la monoplace (par exemple en ajustant les appuis au niveau des ailerons). Les pilotes peuvent aussi faire varier la température des pneus en adoptant un style de conduite approprié : s’ils veulent des pneus plus chauds, ils vont opter pour un pilotage plus agressif, surtout dans les virages à haute vitesse. Inversement, s’ils veulent refroidir les enveloppes, ils vont devoir réduire leur vitesse dans ces mêmes virages. Enfin, ils peuvent aussi ajuster le différentiel (qui va changer le couple des roues arrière) ou encore changer la répartition du freinage entre les roues avant et arrière de la voiture.

Tout au long des séances de roulage, la température des bandes de roulement des pneus est sous surveillance et continuellement scrutée grâce à de minuscules caméras infrarouges installées sur les ailerons ou dans les rétroviseurs. Les images thermiques générées sont alors transmises au stand et permettent ainsi de suivre, en temps réel, la température de la surface de chacun des quatre pneus pour adopter les meilleurs réglages et choisir les meilleures stratégies.

Deux caméras infrarouges installées sur l’aileron avant de la Mercedes 2022

Alors que le comportement des pneus est influencé par la température de la piste, le refroidissement de l’unité de puissance (moteur), des freins et de tous les autres organes de la voiture est directement lié à la température de l’air ambiant. C’est la raison pour laquelle les écuries surveillent en permanence la température de l’air ambiant mais aussi celle des différents dispositifs de la voiture. Plus l’air ambiant est chaud, plus il faut détourner le flux d’air qui circule le long de la carrosserie et l’envoyer dans le composant à refroidir et par conséquent, le maintenir dans la plage de températures idéale. Par temps chaud, les aérodynamiciens ouvriront les ouïes de la carrosserie afin d’augmenter le flux d’air vers les radiateurs pour éviter les surchauffes. En contrepartie, cette opération entraîne un gaspillage du flux d’air et génère une plus forte résistance à l’air (appelée trainée) au détriment de la performance aérodynamique. Le bon compromis est difficile à trouver mais reste la clé pour réaliser un temps au tour le plus rapide possible. Le même processus est applicable pour les freins donc l’ouverture des écopes est dimensionnée en conséquence.

Direction et vitesse du vent

Les ingénieurs ont compris depuis bien longtemps que les performances des Formules 1 sont aussi liées à la vitesse et à la direction du vent. Si un vent faible ne semble pas poser de problème particulier, en revanche un vent fort et des rafales (en particulier dans les longues lignes droites ainsi que dans les virages rapides), vont affecter l’équilibre de la voiture et donc sa maniabilité. Max Verstappen et Carlos Sainz en ont fait cruellement les frais lors du Grand Prix d’Espagne plus tôt cette année alors qu’ils sont tous les deux sortis de la piste au virage 4 du tracé catalan à cause de rafales.

Dans l’absolu, le but des ingénieurs est de développer une voiture qui génère le plus d’appui et le moins de traînée possible cependant cette tâche se complique par le simple fait qu’augmenter l’appui, augmente aussi la traînée. Il convient de noter que l’appui est proportionnel au carré de la vitesse relative. C’est pourquoi un vent apparemment faible peut avoir une différence significative. Si nous prenons une F1 roulant à 320 km/h et que nous ajoutons un vent de face de 20 km/h, nous avons une augmentation de la vitesse relative de 6,7%, mais une augmentation de l’appui de 13,8% ce qui constitue une grande différence! Le même phénomène se produit, mais en sens inverse, avec un vent arrière. Pour résumer, si le vent souffle de face, la vitesse du vent s’additionne à celle de la voiture (augmentation de la vitesse relative) et accroissement de l’appui. En revanche, si le vent souffle dans le dos, la vitesse relative de la monoplace est plus faible, et elle génère moins d’appui.

Pression atmosphérique

La variation de la pression atmosphérique au cours d’un week-end a peu d’influence sur l’exploitation d’une Formule 1. En revanche, pour les circuits situés en altitude comme le Mexique (2600 mètres au-dessus du niveau de la mer) ou dans une moindre mesure celui d’Autriche (700 mètres), la performance des moteurs atmosphériques est modifiée principalement en raison de la quantité d’oxygène que doit digérer le turbocompresseur. En altitude, le turbo doit tourner à une vitesse plus élevée pour compenser la baisse de la densité de l’air et compenser une partie de la perte de performance.

La pluie

Même si moins de 10% des courses de F1 se déroulent sur piste mouillée, rouler à plus de 200 km/h dans ces conditions relève de l’exploit. Bien qu’il existe des pneus spécialement conçus pour évacuer une très grande quantité d’eau (les Full Wet évacuent plus de 80 litres par seconde !), l’adhérence sur piste détrempée reste très précaire. Par ailleurs, la visibilité devient quasiment nulle à cause des projections d’eau et peut devenir très dangereux. Dans les cas extrêmes, c’est l’apparition de la voiture de sécurité ou l’arrêt pur et simple de la course (drapeau rouge) ou un report du départ comme ce fut le cas à Monaco au printemps dernier.

Lorsqu’il pleut ou qu’il va pleuvoir, il est décisif de connaître précisément et le plus longtemps à l’avance, l’évolution des conditions. Devancer un arrêt au stand au tout début des précipitations peut s’avérer extrêmement payant si la pluie s’intensifie. De même, lorsque les précipitations s’arrêtent, la piste évolue très vite et une trajectoire moins humide se dessine progressivement. Le problème auquel sont confrontées les écuries est que l’intégralité de la piste n’évolue pas de la même façon et qu’il y a toujours des secteurs qui sèchent plus ou moins rapidement. L’enjeu et la difficulté sont de déterminer le moment opportun pour passer aux gommes plus adaptées pour gagner des places. C’est alors qu’un jeu du chat et de la souris s’installe au sein des écuries. La prise de risque est souvent inversement proportionnelle à la position occupée par les pilotes dans la course. Dans ce cas précis, plus un pilote est en queue de peloton, plus son équipe sera tentée d’opérer le passage aux pneus secs pour tenter de remonter au classement. Les tacticiens s’appuient alors sur les prévisions météo ultra fines pour prendre les décisions. Le duel en piste se déplace en partie dans les stands et rend les courses sur surface mouillée encore plus intenses et palpitantes.

Maintenant que nous avons vu les effets qu’ont les conditions atmosphériques sur le comportement des F1, nous comprenons l’intérêt et l’avantage de pouvoir prédire précisément l’état de l’atmosphère lorsque les voitures seront en piste. Bienvenue dans le domaine passionnant des prévisions météo.

Partie 2 : Les prévisions météo en Formule 1

Dans la quête d’apporter la meilleure voiture et surtout d’être prêt à s’adapter aux conditions météorologiques, les écuries préparent minutieusement chaque course plusieurs semaines avant l’échéance et une partie de cette préparation comporte un volet météo. Pour débuter ce processus, les données météorologiques des précédentes éditions sont analysées et les écuries commencent à prêter attention aux prévisions météo environ une semaine avant l’événement. C’est précisément lors de cette phase préparatoire et tout au long des week-end de Grand Prix qu’intervient Météo France. Entretien avec Paul Abeillé, l’un des prévisionnistes-conseils, rencontré avec Roman De Lauw responsable communication à la FIA il y a quelques semaines dans le paddock de Montréal.

Météo France et la Formule 1 … une longue histoire

Pour un grand nombre d’événements sportifs internationaux tels que Roland Garros, Wimbledon, le Tour de France ou encore les sports mécaniques comme le WEC, les 24h du Mans et la F1, il est essentiel de disposer de prévisions météo les plus précises possibles et surtout le plus rapidement possible. C’est exactement le créneau de Météo France Sports qui est la branche commerciale de Météo France dédiée à l’événementiel sportif.

Grâce à son savoir-faire dans ce domaine, l’établissement public français à un contrat pluriannuel avec la FIA pour fournir les relevés et les prévisions météo détaillées pour chaque Grand Prix de F1. Paul ajoute : « Les prévisionnistes et les techniciens de Météo France Sport sont spécialement formés pour le sport de haut niveau et que les services proposés sont adaptés en fonction des enjeux et aux réglementations de chaque sport ». Dans le cadre de ses fonctions, ce dernier nous dit qu’il a lui-même couvert d’autres compétitions internationales comme les championnats du monde d’aviron et de parapente.

Les outils et les étapes des prévisions pour un week-end de course de F1

A la question, quelles sont les grandes étapes de l’élaboration des prévisions pour un week-end de F1, le météorologue répond : « Le processus débute une dizaine de jours précédant le Grand Prix avec une analyse globale des conditions atmosphériques. Le prévisionniste en charge de la prochaine course identifie alors les masses d’air en présence, la topologie du circuit et dégage une première tendance pour le long terme. Le lundi qui précède la course, l’équipe composée de trois personnes est sur place et une première prévision est élaborée et diffusée. Cette prévision sera régulièrement affinée les jours suivants avec une fréquence de plus en plus élevée et ce, jusqu’à la course du dimanche ».

Le spécialiste rencontré nous explique que la pluie est l’enjeu très spécifique de la Formule 1. De ce fait, il est indispensable d’établir une prévision météo au niveau des précipitations avec une précision ultime (de l’ordre de la minute). Pour permettre d’établir ce type de prévisions très pointue, Paul nous indique qu’il dispose d’un outil spécialement développé par Météo France: un radar météo mobile à très haute définition. « Ce radar, qui voyage avec le fret de la F1 tout au long de la saison, est installé en hauteur à proximité du circuit (souvent sur le toit d’un hôtel) quelques jours avant la course par les techniciens de l’équipe. Ce radar dont la résolution est de l’ordre de 100 mètres permet de détecter avec une très grande précision la moindre petite précipitation dans un rayon de 20 à 30 km autour du circuit et jusqu’à 80 km pour les grosses pluies. La partie traitement des données fournies par ce radar est également développée par Météo France Sports et une nouvelle carte est générée toutes les minutes avec un temps de traitement de l’ordre de 35 secondes! Quasiment du temps réel ».

Carte de précipitation générée par le radar météo mobile à très haute résolution

« Pour la Formule 1, notre métier consiste à élaborer et diffuser des prévisions météo si localisées qu’elles pourraient concerner le jardin des gens ! ». Paul Abeillé prévisionnistes-consistes chez Météo France Sport.

Parmi les autres outils à disposition du prévisionniste, il y a l’accès aux données des trois stations météo spécialement installées aux extrémités du circuit et à différents modèles numériques. Paul mentionne avoir accès à une centaine de modèles météo incluant les modèles déterministes et ensemblistes. Les modèles déterministes s’utilisent généralement jusqu’à trois jours d’échéance et présentent un seul scénario. Les modèles ensemblistes sont utilisés pour les prévisions au-delà de trois jours et présentent plusieurs scénarios possibles (jusqu’à 50 !). Chaque modèle météo est rafraîchi plusieurs fois par jour et le travail du prévisionniste consiste à sélectionner le scénario le plus réaliste parmi les différents proposés et éviter les surprises. Un exercice difficile et qui demande à la fois une excellente connaissance en météorologie, en aérologie ainsi que beaucoup d’expériences sur le terrain. Notre interlocuteur nous résume « Notre métier consiste à élaborer et diffuser des prévisions météo si localisées qu’elles pourraient concerner le jardin des gens ! » et ajoute « La difficulté est d’envoyer le bon message au bon moment et que la personne qui le reçoit soit en capacité de le comprendre ».

Dès le jeudi, les prévisions sont ajustées et établies de façon horaire (ou par blocs de 3h) et sont disponibles jusqu’à la course du dimanche avec une attention toute particulière pour chacune des séances de roulage (à savoir les trois séances d’essais libres, la qualification et bien entendu la course). Lorsque les monoplaces sont en piste et qu’il y a un risque de pluie ou d’orage, les prévisions sont alors disponibles toutes les minutes et indiquent l’heure de début et de fin ainsi que l’intensité et le type de précipitation.

A qui sont destinées les prévisions ?

Paul explique que les données météo et les prévisions de Météo France sont destinées à la FIA pour l’organisation de l’événement (par exemple pour sécuriser le public, le personnel et les installations en cas d’alerte météo) mais aussi aux dix écuries du plateau. « Chaque écurie dispose exactement de la même information et la diffusion se fait à travers un portail web et via briefing radio ou de visu si nécessaire. Sur ce portail, la FIA et les écuries ont accès, pour chaque course, à toutes les informations pertinentes incluant le type de climat, l’historique des conditions atmosphériques au cours des dernières éditions, les données météo fournies en temps réel par les trois stations météo installées sur le circuit, des messages spécifiques, les prévisions sur les divers paramètres et bien sûr la carte des précipitations fournie par le radar météo à haute résolution ». Ce sont les images que les télévisions diffusent lorsque la pluie fait son apparition depuis les murets des stands.

Neutralité et bonne communication

Lorsque les F1 prennent la piste, le prévisionniste et les deux techniciens (dont un qui s’occupe de scruter le radar et l’autre qui supervise le bon fonctionnement technique de l’ensemble de la solution depuis le paddock) sont sur le pont pour ajuster si besoin les prévisions météo. En cas de changement majeur des conditions atmosphériques, l’équipe météo, qui est en contact permanent avec la direction de course, communique l’évolution des conditions attendues pour les prochaines minutes. Le métier de météorologue dans cet environnement se contente de communiquer l’information de manière la plus neutre possible et ne doit en aucun cas influencer les décisions du directeur de course. « Chacun son métier ! » comme le mentionne Monsieur Abeillé. C’est à partir de ces informations que les décisions sont prises. Le niveau de stress est bien évidemment lié aux conditions météorologiques et tous les intervenants sont parfaitement au courant des conséquences que les variations des conditions atmosphériques peuvent avoir tant au niveau de la stratégie que de la sécurité. Une bonne entente et surtout une très bonne communication sont alors essentielles.

Quelles sont les données fournies dans les prévisions météo?

A cette question, Paul nous répond : « Pour chaque prévision, l’équipe de Météo France Sports met à disposition les paramètres suivants : l’état du ciel, le risque de précipitations (exprimé en pourcentage), la direction et vitesse du vent (incluant les rafales), la pression atmosphérique, l’hygrométrie, la température de l’air mais également la température de la surface de la piste. Pour cette dernière Météo France installe un capteur infrarouge sur la pit-lane et effectue une calibration manuelle en fonction de la couleur du revêtement (un bitume plus sombre absorbe plus de chaleur qu’un revêtement clair ». Comme nous l’avons vu un peu plus tôt, la température de la piste peut dépasser 50 degrés et fortement influencer la dégradation des pneus! Le vent est-il important ? « Oui, la vitesse et la direction du vent sont aussi très importantes car ces données peuvent influencer le niveau d’appui et parfois même engendrer l’utilisation de certains kits aérodynamiques plus adaptés pour ce genre de conditions ».

A la fin de notre entretien nous apprenons que Météo France met aussi à disposition certaines données météo comme la température de l’air, de la piste, la pression atmosphérique, la direction et la vitesse du vent dans la page du live timing. Cette page est accessible et disponible aux médias ainsi qu’au grand public et ces informations peuvent aussi être consultées dans l’application et sur le site web Formula 1.

Retour d’expérience et rétroaction

Parmi les anecdotes, il y a bien sûr le super Typhon Hagibis lors du Grand-Prix du Japon 2019 qui a forcé le report des qualifications au dimanche. Plus récemment, le Grand Prix de Belgique 2021 qui a dû être arrêté et cette année la situation orageuse qui s’est développée juste avant le départ du Grand Prix de Monaco. « Oui, dans ce cas précis, c’est tout à fait ce qu’il s’est passé, la réactivation de la cellule orageuse au-dessus de la Principauté était très difficile à anticiper et a demandé une réévaluation continuelle de la situation. Un moment pimenté ! » comme le précise le météorologue, un petit sourire en coin.

Sur une base annuelle et en vue d’améliorer le service de prévision météorologique, un briefing est organisé pour recueillir les commentaires de la FIA et des écuries. Cette rétroaction se poursuit par échange d’emails. Alors la prochaine fois que vous voyez des conditions météorologiques changeantes ou particulières lors d’un Grand Prix vous comprendrez mieux les enjeux et tout le travail qui se passe en arrière-plan. Au fait, quel temps va-t-il faire pour le GP de Belgique ?

Un remerciement spécial à Messieurs Paul Abeillé de Météo France et Roman De Lauw de la FIA d’avoir rendu possible cette interview.