I ) La Formule 1
1. L’Histoire de la Formule 1
Dès la fin du XIXe siècle, les premières courses automobiles sur route ouverte se déroulent de ville en ville. Les voitures ressemblent à des cylindres et les courses s'avèrent dangereuses, plusieurs accidents sont vite arrivés. Marcel Renault fait partie des victimes de la couse Paris-Madrid de 1903. Pour des raisons évidentes liées à la sécurité, une législation encourage le déroulement de manifestations sur circuit fermé. C'est ainsi que l'Automobile Club de France organise, en 1906, le premier Grand Prix de l'Histoire sur un circuit de la région du Mans. De nombreux constructeurs s'engagent dans ces compétitions, offrant aux ingénieurs de nouveaux terrains pour expérimenter leurs techniques. Les Grands Prix attirent rapidement des participants venus des pays voisins, notamment d'Italie et d'Allemagne. Entre les années 1920 et 1930, le sport se politise, transformant les courses en rivalités patriotiques (le constructeur français Peugeot s'oppose à l'allemand Mercedes). Les courses sont régies par l'Association Internationale des Automobile Clubs Reconnus (AIACR), fondée en 1904 à Paris. Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, la Fédération Internationale de l'Automobile (FIA), héritière de l'AIACR, instaure les Formules A et B, accompagnées d'une réglementation, et deviennent vite Formules 1 et 2. La Formule 1 est désormais prête à organiser un championnat des pilotes.
Le premier Grand Prix du championnat du monde de Formule 1 a lieu en 1950, à Silverstone (Angleterre). D'emblée, il attire les marques les plus prestigieuses du monde de l'automobile, et reflète les grandes mutations de l'industrie automobile. Les français, italiens, allemands, et britanniques sont sur le devant de la scène. Les restrictions évoluent chaque saison, en fonction des véhicules, des budgets, de la sécurité, des attentes. Les grandes écuries comme l'anglaise McLaren, l'italienne Scuderia Ferrari, ou encore Renault, l'unique française présente en 2017, dépensent plusieurs milliards chaque année pour financer l'innovation de leurs véhicules, et assurer la victoire à leur coureur. Toutefois, certaines technologies tardent à se développer dans le milieu automobile. C'est le cas par exemple des nanotechnologies, ensemble des techniques de conception et de fabrication de structures extrêmement petites (mesurables en nanomètres), dont le développement en matière d'automobile est très récent.
2. Les règles et restrictions dans la Formule 1
Le premier Championnat du monde des pilotes de 1950, impose de strictes restrictions, en ce qui concerne les cylindrées, les moteurs, et également l'aérodynamisme du véhicule de compétition. Celles ci restent assez stables pendant trente ans, et viennent à être actualisées dans les années 1990 avec les apports technologiques de l'industrie automobile.
Les restrictions aérodynamiques sur les Formules 1 de 1989 sont les suivantes :
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La largeur hors-tout maximale est de 2150 mm.
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Aucune partie de la carrosserie ne doit dépasser de plus de 1200 mm de l'axe des roues avant, et de 600 mm de l'axe des roues arrière.
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La garde au sol reste libre mais il est interdit de fixer un quelconque élément entre le bas de la carrosserie et le sol. Les jupes sont définitivement interdites.
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Les parties supérieures des éléments aérodynamiques ne doivent pas dépasser, à l'avant, la hauteur des jantes, et à l'arrière un mètre de hauteur par rapport au sol.
Finalement, peu de restrictions aérodynamiques sont mises en place en 1989, contrairement à celles que nous connaissons aujourd'hui, en vigueur depuis 2013. Nous avons choisi de lister les plus importantes concernant l'aérodynamisme de la voiture. D'autres restrictions concernent l'ensemble du véhicule (moteur, roues, pneumatiques...) dont nous ne parlerons pas dans ce dossier.
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Au niveau des roues avant et arrière, la hauteur et la largueur intérieures de la coque ne doivent pas dépasser 300 mm
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La largeur hors-tout incluant les pneumatiques gonflés à 1,4 bar est de 1 800 mm
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L'aileron avant est abaissé à 75 mm.
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La largeur maximale de la voiture au niveau de l'aileron avant est de 1 800 mm.
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L'abaissement maximal du museau de la monoplace est fixé à 550 mm.
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Le plancher de la monoplace doit être totalement plat. (tolérance de fabrication : 3 mm maximum).
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Aucune action manuelle du pilote pour modifier les caractéristiques aérodynamiques de la voiture n'est permise.
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L'angle d'incidence de l'aileron arrière peut être modifié, mais en restant dans une plage définie. Le système d'ajustement de l'aileron arrière ne peut être utilisé quand dans les zones autorisées pendant la course, jamais en séance d'essai ou de qualification.
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La hauteur de l'aileron arrière est de 950 mm. Elle correspond à la hauteur du point le plus haut autorisé de l'ensemble capot-moteur.
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La largeur maximale de la voiture au niveau des roues arrière est de 1000 mm.
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L'aileron arrière ne doit pas posséder plus de deux profilés.
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L'extracteur-diffuseur arrière est de 125 mm.
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La longueur de la voiture à l'arrière de l'axe des roues arrière est de 500 mm.
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La longueur de la voiture à l'avant de l'axe des roues avant est de 1200 mm.
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Aucune autre amélioration aérodynamique n'est autorisée sur la carrosserie, tels que winglets, flip-up ou cheminées.
Qu'elles concernent les apports liés aux nouvelles technologies, les dimensions hors-tout du véhicule, les caractéristiques de chacune des pièces de la voiture, il est clair que les normes de construction des Formule 1 sont bien plus encadrées aujourd'hui que lors des premières réglementations.
3. Les innovations aérodynamiques apportées aux véhicules de 1950 à aujourd'hui
Nous remarquons qu'entre 1948 et 2016, les véhicules de Formule 1 ont subi de considérables modifications. La voiture dont le design évoquait un cylindre au milieu du XXe siècle, présente aujourd'hui une forme rectangulaire. Ses traits fins et épurés sont le résultat d'un travail minutieux des ingénieurs et aérodynamiciens, pour améliorer en permanence les performances de la monoplace.
En 1970 apparaissent les ailerons avant et arrière sur les voitures, et ce n'est qu'en 1990 que la monoplace se dote d'une entrée d'air, située au dessus de la tête du pilote.
En 2005, certains éléments comme les winglet, flip-up, cheminées, ont fait leur apparition sur la voiture, mais les règles de la FIA les ont progressivement supprimé entre 2012 et 2014 (voir évolution de la monoplace Ferrari entre 2010 et 2014).
Les voitures de 2016 et celles prévues pour la saison 2017-2018 du Championnat du monde de Formule 1 (rentrée prévue le 26 mars 2017, à Melbourne), sont à la pointe de la technologie acquise à ce jour, sans perdre de vue que les ingénieurs poursuivent leurs recherches afin de proposer d'autres améliorations pour les années à venir.
On notera que les dimensions des voitures de cette saison 2017-2018 marquent une rupture avec celles de la saison passée.
En ce qui concerne la partie avant du véhicule de Formule 1, le museau s'allonge, l'aileron grandit de 150 mm (1650 mm --> 1800 mm), la largueur des pneumatiques augmente de 60 mm (245 mm --> 305 mm), 20 mm sont ajoutés à la largeur hors-tout de la voiture (1800 mm --> 2000 mm).
Variant de 1300 mm à 1400 mm en 2016, la largeur des pontons latéraux du véhicule se situent désormais entre 1400 et 1600 mm.
A l'arrière du véhicule, les dimensions sont elles aussi considérablement modifiées. Les pneumatiques sont élargis, passant de 325 à 405 mm. L'aileron se place à 800 mm au dessus du sol, bien plus bas qu'en 2016 (950 mm au dessus du sol). Sa largeur est également modifiée, atteignant 950 mm contre 750 mm en 2016.
Le fond plat de la monoplace est relevé de 50 mm par rapport au sol (125 mm --> 175 mm).
Ces modifications affectant essentiellement la largueur du véhicule et de ses composantes permettent une plus grande stabilité à la monoplace et de moins grandes perturbations engendrées par les flux d'air. Enfin, l'appui aérodynamique est amélioré grâce à l'abaissement de l'aileron arrière. L'ensemble de ces innovations permet au véhicule d'atteindre une vitesse de pointe beaucoup plus rapidement que dans les années précédentes.
1970
1990
1980
2010
2000
2016
1948 - 1960
Cheminée, winglet et flip-up sont des éléments disparus des dernières monoplaces.
