MARDI TECHNIQUE: La Lotus 79, Marvel à effet de sol de F1

En 2022, la Formule 1 entrera dans une nouvelle ère d’effets de sol au milieu d’un nouvel ensemble de changements de règles radicaux. Dans cet article publié pour la première fois en août 2018, Mark Hughes et Giorgio Piola se penchent sur le tour de force technologique qu’a été la Lotus 79 – la voiture qui a conduit Mario Andretti au titre des pilotes de 1978, la première à être revendiquée dans une voiture de Formule 1 dotée de la technologie à effet de sol…

L’idée d’utiliser le dessous d’une voiture de course pour générer une pression négative et aspirer efficacement la voiture vers la piste avait été exploitée pour la première fois dans la série de voitures de sport Can-Am dans les années 1960. Mais il s’agissait de voitures avec une carrosserie large et enveloppante.

Faire fonctionner le principe sur une monoplace à roues ouvertes au corps maigre semblait initialement irréalisable. La voiture qui a fait cette percée était la Lotus 78 de 1977, qui a fait entrer la F1 dans l’ère de l’effet de sol. Il y a quarante ans, le successeur de la 78, la Lotus 79, devenait la première voiture à effet de sol à remporter le championnat du monde, avec Mario Andretti au volant.

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Les proportions du 78 (comme on le voit sur l’image ci-dessous) étaient très différentes de celles de ses contemporains, et cela donnait l’indice de la manière radicalement différente dont fonctionnait son aérodynamique.

La cuve centrale était inhabituellement étroite et les pattes prenaient une proportion beaucoup plus grande de la largeur de la voiture, tout en courant le long du bas de ces pattes étaient des jupes–brosses initialement, plus tard du nylon solide.

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Ces jupes devaient sceller entre le dessous de caisse et la route, un élément crucial dans la propagation de la pression négative sous la voiture. Cette pression négative a été créée par la mise en forme interne des pattes latérales, qui avaient une ouverture à l’avant, rapprochée derrière la suspension avant, apparemment pour alimenter les radiateurs qui y étaient placés.

Cependant, c’est l’emplacement et l’angle de ces radiateurs, ainsi que la mise en forme des réservoirs de carburant auxiliaires également logés dans les pattes latérales, qui ont créé la forme du venturi interne si cruciale pour exploiter le flux d’air.

Le canal par lequel passait l’air a changé de section au fur et à mesure qu’il revenait, avec une entrée étroite s’ouvrant dans une « gorge » centrale, puis une nouvelle expansion soudaine dans un diffuseur à la sortie du pied latéral juste devant la roue arrière et la suspension.

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Les proportions radicales ont fait place à une philosophie radicale, les jupes latérales aidant la cause de Lotus – comme l’illustre Giorgio Piola

Le flux d’air suit le principe de Bernoulli selon lequel la pression diminue à mesure que sa vitesse augmente – la forme du venturi manipulant le flux d’air pour accélérer et ainsi réduire la pression. Mais au-delà de cela, la proximité du sol de l’entrée du sidepod amplifiait massivement l’effet en accélérant l’air alors qu’il était aspiré à travers le petit espace entre la surface de la piste et le fond du radiateur.

L’augmentation de la vitesse de l’air lorsque l’écart entre la surface de la route et l’ouverture est réduit est beaucoup plus que proportionnelle – c’est-à-dire qu’elle s’accélère très soudainement lorsque l’écart se réduit à presque rien (d’où « effet de sol »).

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Les jupes empêchant alors l’air de s’échapper des côtés, l’accélération de l’air à travers le canal – et donc sa réduction de pression – était spectaculaire. Cette pression inférieure s’appliquait sur toute la largeur du sol.

La différence entre la pression d’air du plancher et celle du flux d’air libre à pression beaucoup plus élevée au-dessus signifiait que la voiture était effectivement aspirée au sol. De plus, cette force d’appui ne créait pratiquement aucune traînée, contrairement à celle créée par les ailes du haut du corps qui appuyaient sur la voiture.

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Cette photo du Grand Prix de Belgique 1978 montre clairement les jupes sur le côté de la Lotus 79. Mario Andretti et Ronnie Peterson ont obtenu un 1-2

Les ingénieurs Peter Wright et Tony Rudd avaient travaillé sur le concept dans une soufflerie lorsqu’ils étaient au sein de l’équipe BRM à la fin des années 60, mais ce modèle n’avait pas de jupes et l’étude a été abandonnée.

Au milieu des années 70, ils étaient chez Lotus et lorsque le patron de l’équipe, Colin Chapman, leur a confié la tâche de revoir la configuration de base d’une voiture de F1, ils ont rappelé leurs expériences BRM et se sont rendus dans la soufflerie pour approfondir leurs recherches.

Les premières expériences sans jupes ont montré des promesses. Mais une fois équipés de jupes, le modèle a en fait tiré la courroie mobile de la soufflerie vers le haut – et c’est le moment magique où ils ont réalisé qu’ils avaient enfreint le code de l’effet de sol sur une monoplace à roues ouvertes.

Travaillant autour de ce concept, la voiture a été conçue par Ralph Bellamy et Tony Southgate et a été testée en secret avec Mario Andretti à la mi-1976. Elle fait ses débuts lors de la course d’ouverture de la saison 1977, en Argentine, et Andretti offre à la voiture sa première victoire à Long Beach trois courses plus tard.

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Colin Chapman (L) se penche sur la création de son équipe au Grand Prix de Grande-Bretagne 1978

La force d’appui générée par le sol est une multiplication de la pression négative et de la zone sur laquelle elle est appliquée. Ainsi, non seulement la voiture avait la largeur maximale autorisée par la réglementation, mais elle était également plus longue en empattement que ce qui était typique de l’époque afin de donner la longueur de plancher maximale.

Initialement, des brosses en nylon étroitement comprimées étaient utilisées comme jupes latérales, car il y avait des doutes que des jupes solides seraient autorisées car elles devaient être mobiles pour permettre les bosses sur la piste et les changements d’attitude de la voiture.

Les dispositifs aérodynamiques mobiles ont été interdits.

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Les brosses étaient évidemment un peu plus poreuses, permettant à l’air de s’échapper, mais lorsqu’il a été souligné que Brabham et McLaren avaient utilisé des jupes en caoutchouc quelques années plus tôt (dans le but complètement différent de détourner l’air du sol), on s’est rendu compte qu’un précédent avait été créé, et bien que la voiture ait été lancée avec les brosses « draft excluder », elle courait avec des jupes en nylon solides.

Ceux-ci ont gardé une étanchéité avec la piste même sur les bosses et même pendant que la voiture tanguait, plongeait et roulait. Ceci a été réalisé grâce à un mécanisme à ressort, aspiré par le plancher à basse pression et poussé vers le bas par les ressorts. Pour éviter une usure excessive, le bas des jupes avait des bandes dures ressemblant à du téflon. Ceux-ci ont ensuite été remplacés par des pointes en céramique encore plus dures.

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Ronnie Peterson (R) a perdu la vie dans un tragique accident au début du Grand Prix d’Italie 1978. Cette photographie a été prise le matin du jour de la course.

Il a fallu quelques courses avant que le plein potentiel de la voiture soit apparent. Au départ, il n’était que compétitif avec les meilleures voitures conventionnelles. La forme du venturi était fixe et elle amenait le centre de pression aérodynamique plus en avant que ce qui était idéal, nécessitant un aileron arrière plus grand pour équilibrer la voiture, ce qui signifiait qu’elle souffrait d’une traînée élevée et était lente dans les lignes droites.

Mais dans et à travers les virages, Andretti et son coéquipier Gunnar Nilsson bénéficiaient d’un avantage d’appui d’environ 15% sur les meilleurs du reste.

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À Zolder, pour la cinquième manche, Andretti a signé la pole position avec une marge de 1,5 s sur la Brabham-Alfa de John Watson – et le monde de la F1 s’est finalement rendu compte qu’il y avait quelque chose de très compliqué dans le 78.

Chapman n’était pas présent quand Andretti avait réglé cette heure, et quand il s’est présenté plus tard, il aurait été furieux contre son conducteur d’avoir révélé toute l’étendue de l’avantage de performance de la voiture.

Nilsson remporta cette course et Andretti en remporta trois autres plus tard.

Cela aurait pu être beaucoup plus, mais pour le manque de fiabilité des moteurs Nicholson Cosworth de développement spécial d’Andretti – et c’est ce qui l’a empêché de remporter le titre de cette année, remporté par Niki Lauda dans une Ferrari sans effet de sol.

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Une vue aux rayons X du Lotus 79

Pour l’année suivante, les défauts les plus évidents de la 78 ont été corrigés avec un nouveau design, la Lotus 79 (voir image ci-dessus), mais la 78 a été utilisée en début de saison et restait la chose la plus rapide, Andretti et Ronnie Peterson remportant chacun une course. Avec ces victoires et plus tard avec le modèle 79, Andretti et Peterson ont terminé une-deux au championnat des pilotes 1978 (bien que Peterson ait été tragiquement tué à Monza alors qu’il restait deux courses à disputer).

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La Lotus 78 avait initié une révolution et ce concept de voiture apporterait des gains toujours plus spectaculaires car le principe était plus pleinement exploité au fil des ans – jusqu’à ce qu’il soit finalement interdit par la réglementation à fond plat de 1983.

Avec le temps, les équipes trouveraient des moyens de créer un effet de sol sous le sol sans venturis sidepod ni jupes latérales, mais ce sont les Lotus 78 et 79 qui montraient ce qu’il y avait à gagner.

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