A quoi servent les outils aérodynamiques des équipes ?

Durant les essais hivernaux, et plus rarement durant les essais libres des Grands Prix, les équipes de F1 utilisent différentes solutions pour étudier l'aérodynamique de leurs voitures.
Les pilotes peuvent prendre la piste avec des imposants outils de mesure aérodynamique, nommés « aero rakes » dans le monde de la Formule 1, ce qui peut se traduire par « râteau aérodynamique » en français. Ils peuvent aussi avoir du Flow-vis (pour flow visualisation, soit visualisation de l'écoulement), une peinture colorée et même fluorescente.

Les aero rakes permettent de créer une cartographie aérodynamique

Les grilles des aero rakes sont généralement équipées de sonde de Kiel, qui servent à évaluer la pression de l'air, et plus précisément la pression totale, qui cumule la pression statique, la pression dynamique et la densité volumique d'énergie potentielle de gravité. Les équipes peuvent aussi utiliser des tubes de Pitot, beaucoup plus petits, qui permettent de mesurer la vitesse des fluides. Le rake peut être placé à différents endroits, derrière les roues avant ou à l'arrière de la monoplace.
L'ensemble des données recueillies permet de définir une cartographie complète de l'écoulement de l'air, tout autour de la voiture. Les équipes voient ainsi concrètement les vortex, c'est à dire les tourbillons dans l'écoulement de l'air, qui peuvent être provoqués par des éléments comme les ailettes de l'aileron avant, une roue ou le diffuseur.
« On peut créer une peinture avec toutes les images des différentes structures de l'écoulement et des différentes structures de vortex, sur plusieurs parties de la voiture, » explique Rob Smedley, consultant de la F1, sur le site officiel du championnat. « Cette information est transmise à l'équipe aérodynamique, pour optimiser et améliorer la structure de l'écoulement. » L'ancien ingénieur de course de Felipe Massa chez Ferrari et ancien ingénieur performance de Williams précise que les données sont récupérées « presque en temps réel » : « Les équipes ont développé des programmes qui prennent les données brutes et en font des images et des vidéos vraiment intéressantes, » explique-t-il.

Le Flow-vis, une peinture colorée

Les équipes ont aussi recours au Flow-vis. Cette peinture colorée est faite de poudre et d'huile, en général de la paraffine. Elle est placé sur la carrosserie, et parfois sur des éléments comme les étriers de freins ou les suspensions. Lorsque le pilote est en piste, le Flow-vis s'écoule sur la partie de la voiture que l'équipe souhaite analyser. En étudiant les trajectoires prises par la peinture, une équipe peut voir l'écoulement de l'air d'une manière très concrète.
« En analysant ça, nous cherchons généralement des choses comme des séparations, c'est à dire l'endroit où l'écoulement se divise et où il n'a pas la bonne structure sur la voiture, » indique Smedley. « Les aérodynamiciens peuvent apprendre beaucoup de choses sur ce qui se passe en amont, en espérant que cela aidera à corriger certains problèmes de la voiture. »
Ce procédé peut paraître rudimentaire mais il a l'avantage d'être fiable : « Une méthode simple, mais très utile dans l'environnement de la piste, un environnement très tumultueux pour des expérimentations, » résume Smedley.

Des données importantes pour la corrélation

Les données recueillies par les aero rakes, autour de la monoplace, et le Flow-vis, directement sur la carrosserie, ont l'avantage d'être dans des conditions réelles, contrairement à toutes les simulations, que ce soient celles des essais en souffleries ou celles des simulations sur ordinateur (CFD, pour Computational Fluids Dynamics, soit mécanique des fluide numériques).
Le recours aux rakes et au Flow-vis ne signifie pas qu'une équipe doute de l'exactitude de ses outils de simulation. Rob Smedley précise qu'« aucune soufflerie n'a une corrélation à 100% » et qu'il est important de comprendre toutes les différences entre les simulations et les conditions réelles. Aux essais de Barcelone, toutes les équipes ont ainsi recours à ces solutions, pour vérifier que leur monoplace réagit comme prévu, et éventuellement corriger le tir.
Les données recueillies en piste permettent quand même de vérifier la précision des simulations. Les ingénieurs vérifient la corrélation entre les deux types de données. Les équipes peuvent ainsi vérifier que leurs outils de simulation sont précis, et apporter des correctifs en cas de besoin. Si une équipe voit une incohérence, elle a « un problème » selon Smedley. « Au lieu de consacrer du temps au développement et à l'amélioration des temps de la voiture, on met toutes ses compétences et son talent d'ingénierie pour comprendre d'où viennent les problèmes de corrélation, » explique l'ingénieur.
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