F1 - Technique : comment l'aérodynamique des monoplaces évolue en 2021
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Technique : comment l’aérodynamique des monoplaces évolue en 2021

Pour la saison 2021, la FIA a révisé le règlement technique au niveau aérodynamique, afin de limiter le stress mécanique que les pneus Pirelli devront subir, alors que les monoplaces de F1 ont actuellement la plus grande force d’appui jamais vue (NDLR : les règles techniques n’évoluent que très peu en 2021).

Pour compenser le saut de performance qui se produit entre une saison et une autre avec le développement et l’augmentation de puissance des moteurs, Nikolas Tombazis (directeur technique de la FIA) a dû se concentrer sur la réduction de 10% de l’appui sur les voitures 2021, en introduisant une “coupe” à l’arrière du fond plat, alors que des limitations ont été ajoutées ensuite au diffuseur et aux conduits de freins arrière.

Ces limitations aérodynamiques sur les monoplaces 2021 devraient sauvegarder l’intégrité des pneus Pirelli, dont la structure remonte désormais à 2019 lorsque la force d’appui des voitures était inférieure à la force actuelle.

En raison de la pandémie de coronavirus qui est apparue en 2020 et les différents confinements, le manufacturier italien de pneumatiques n’a pas pu développer adéquatement des gommes spécifiques pour 2021.

Une intervention technique pour limiter l’aérodynamique des monoplaces était donc nécessaire, afin d’éviter de rencontrer des problèmes de pneus comme cela s’est déjà produit pour le GP de Grande-Bretagne ou pour celui du 70e anniversaire lors de la saison 2020.

En 2020, cependant, Pirelli a développé des pneus 2021 capables d’être moins sujets à la surchauffe, et surtout capables de travailler avec des pressions de gonflage plus basses. De cette façon, les nouveaux pneus, homologués en novembre 2020, devraient garantir moins de cloques, dans l’attente où les différentes équipes pourront récupérer de l’appui aérodynamique perdu en raison des limitations aérodynamiques en 2021.

En outre, une nouvelle modification du règlement a eu lieu pour faire fonctionner les pneus dans une “zone de sécurité” en raison de l’augmentation du poids net des voitures, qui passera à 752 kg (+6 kg), découlant d’une augmentation du poids minimum des unités de puissance.

Mais analysons en détail ci-dessous ce qu’impose le nouveau règlement technique 2021, et en quoi il diffère de 2020:

Coupe en diagonale du fond plat et au revoir à “l’effet mini jupe”

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Le principal domaine d’intervention des contraintes aérodynamiques des monoplaces 2021 concerne essentiellement le fond plat qui subira une coupe diagonale en direction de l’essieu arrière, comme indiqué dans l’article 3.7 du règlement technique.

La découpe du fond plat commencera exactement à 1800 mm de l’axe de la roue avant et se rétrécira de 100 mm dans la direction de l’essieu arrière.

Le plan orthogonal C-C (dessin ci-dessus), qui correspond à la partie arrière du châssis de la voiture, a été pris par la FIA comme référence pour le début de la coupe.

Le fond plat rétrécira d’environ un tiers par rapport à la configuration 2020 , et cela devrait automatiquement réduire l’impact du flux d’air à l’arrière sur le pneu (connu sous le nom de jet de pneu)

Les différents conduits de freins (situés non loin du fond plat) contribuent également à l’aérodynamique des monoplaces et créent un joint contre le flux d’air, créant une sorte de “mini jupe”, ce qui a pour conséquence d’augmenter l’effet de sol de la monoplace et l’efficacité du diffuseur arrière.

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Au final, le fond plat deviendra donc plus rigide, et les contrôles de flexibilité de la FIA permettront une flexion de 8mm au lieu de 10 mm comme en 2020. De plus, le contrôle de flexion se fera sur une zone plus décentralisée que l’année dernière, en appliquant une charge de 500 Newton.

Limitations sur la partie interne du diffuseur

Il y avait de forts doutes sur le fait que la réduction du fond plat à elle seule pourrait réduire la force d’appui des monoplaces 2021 de 10%, et à cet égard, la FIA a dû intervenir avec une limitation supplémentaire concernant le diffuseur.

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Plus précisément, pour réduire la force aérodynamique de l’extracteur sans distorsions techniques, la FIA a réduit la hauteur des ailettes à l’intérieur du diffuseur de 50 mm par rapport au plan de référence.

Cependant, cette contrainte ne concerne que la partie la plus externe du diffuseur, c’est-à-dire celle qui s’étend sur 250 mm à partir de la ligne centrale de la voiture.

Ce changement a un impact plus faible sur l’aérodynamique que celui imposé par la coupe du fond plat. Cependant, il affectera l’effet de sol produit par le diffuseur, en particulier dans les virages à grande vitesse, lorsque le flux d’air est accéléré davantage, réduisant l’adhérence des voitures sur l’arrière.

Des écopes de freins avec des ailerons plus courts

Avec les modifications apportées au diffuseur, Nikolas Tombazis et ses équipes ont finalement approuvé des modifications sur les écopes de freins arrière, réduisant leur fonction aérodynamique.

Ces dernières années, les conduits de frein sont devenus de véritables dispositifs aérodynamiques, qui permettent de gérer le flux d’air afin de générer une force d’appui. Leur fonction ne se limite donc pas au refroidissement des disques de frein, ce qui a rendu ces composants très complexes dans leur conception.

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La FIA a donc réécrit le règlement, spécifiant clairement que les éléments aérodynamiques en porte-à-faux à l’arrière du conduit de frein (appelé winglets) seront plus courts de 40 mm. Cependant, cette limitation n’affectera que les ailettes inférieures à 50 mm de l’axe de la roue arrière (RWCL).

L’extension maximale autorisée passera donc de 120 mm à 80 mm, réduisant légèrement leur contribution à l’appui global des Formule 1.

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