À quoi servent les essais hivernaux ? (2/2)

À quoi servent les essais hivernaux ? (2/2)
Par Jacky Eeckelaert le 22/02/2015 à 10:00 3 Commentaires
L’ingénieur Jacky Eeckelaert, qui a travaillé pour les écuries Jordan, Prost GP, Sauber, Honda et HRT (avant de rejoindre le championnat DTM en tant que directeur technique de l’écurie officielle Audi Sport Abt et la Formula E) décrypte pour nous le travail de fond mené par les écuries lors des essais hivernaux.
VÉRIFICATION À L’APPUI
Si le groupe propulseur fonctionne comme attendu et qu’il se montre fiable (première phase décrite ici), l’écurie peut passer à la phase d’évaluation du châssis. Ce n’est pas tout à fait le cas de McLaren, qui continue à poursuivre le programme d’évaluation de son groupe propulseur en raison d’une fiabilité encore aléatoire.
Dans la deuxième phase, on commence par s’assurer que l’appui réellement généré correspond à celui trouvé en soufflerie. L’appui se calcule par des capteurs de force installés sur les poussants de la suspension lors de passages à vitesse constante (des “cruise controls”). À cet effet, l’équipe se sert du limiteur de vitesse – normalement utilisé dans les stands – en le réglant à une vitesse constante de 150, 180 ou 250 km/h.
On obtient ainsi beaucoup plus de points de mesure que si on quantifiait l’appui en roulant normalement (c’est-à-dire avec de continuelles phases d’accélération) : si le pilote roule à 180 km/h pendant cinq secondes, et si la mesure est faite à 50 Hz (cinquante fois par seconde), les ingénieurs disposent de 250 points de mesure pour l’appui. En calculant une moyenne à partir de ces données, ils obtiennent des chiffres plus détaillés.
Cela dit, l’appui ne dépend pas seulement de la vitesse et de l’angle d’incidence des ailerons : il varie aussi en fonction de la garde au sol avant/arrière, qui est mesurée à l’aide de lasers. À l’aide de ces différents paramètres (vitesse, incidence, garde au sol), l’équipe d’essais est capable d’estimer l’appui assez précisément et confronter la voiture réelle avec le modèle théorique de la soufflerie, en vue d’établir une corrélation entre les deux. Elle utilise également des grilles équipées de sondes pour mesurer les turbulences générées par la rotation des roues et des tubes de Pitot pour mesurer la vitesse de l’air sur la voiture.

VISUALISATION DES FLUX
Les aérodynamiciens savent très bien que les données obtenues dans les souffleries et par la CFD (l’analyse numérique de l’écoulement des flux) sont exactes… virtuellement ! Rien ne vaut la validation de ces données en piste. Les ingénieurs vont donc examiner l’écoulement de l’air sur la carrosserie à l’aide d’une peinture fluorescente, appelée “flow viz paint” (pour “flow vizualisation”). Concrètement, une poudre fluorescente en suspension dans une huile légère, généralement de la paraffine, est appliquée sur certaines parties du châssis.
Lorsque la voiture est en piste, la peinture sèche sous l’effet du vent et laisse apparaître les détails du déplacement des particules fluorescentes. Une fois le pilote rentré au stand, on ferme le box et on examine – à l’aide d’une lampe à ultraviolets – les traces de peinture qui indiquent la force et la direction des flux d’air circulant sur la carrosserie, les zones de décrochage, etc.
Encore une fois, on compare ces observations avec les données de soufflerie et de CFD. On le voit, il s’agit d’un travail assez répétitif, laborieux, pas vraiment exaltant, mais indispensable.

RONGER SON FREIN…
Si tout fonctionne normalement, les ingénieurs peuvent alors passer à des programmes plus “classiques”, où ils expérimentent différentes cinématiques, plusieurs carrossages, des configurations aérodynamiques variées (faible appui ou forte charge), etc. Ils contrôlent également les freins. Comme les disques en carbone fonctionnent à l'intérieur d'une plage de température bien définie, leur refroidissement doit être adéquat : s’ils sont trop refroidis, l’attaque au freinage est mauvaise ; s’ils ne le sont pas assez, la chaleur peut provoquer une oxydation permanente du carbone et une usure prématurée.
Contrairement à Jérez (qui demande le refroidissement maximal, donc les plus grandes écopes), le circuit de Barcelone n’est pas très exigeant en matière de freinage. Les circuits sont classés en fonction de l’intensité du ralentissement : au moyen des outils de simulation, les ingénieurs calculent l’énergie dissipée par tour et le potentiel de refroidissement sur un tour. Le flux interne dans les écopes, à travers les disques et autour des étriers est étudié en CFD avec une assez bonne corrélation (même si les moyeux ouverts sont assez compliqués à mettre au point). Notez que la température ambiante ne joue pas vraiment, puisque les disques atteignent les 1000 °C en frein de freinage : les ventiler avec de l’air de 15 °C ou de 30 °C ne change pas grand-chose. Des caméras infrarouges, souvent installées dans les rétroviseurs (comme sur la dernière image, en bas, sur la Sauber), sont également utilisées pour visualiser l’échauffement des gommes.
Toujours en matière de température, les ingénieurs surveillent de près les calories dégagées dans la zone du capot moteur : comme l’encombrement de celui-ci est réduit au minimum pour des raisons aérodynamiques, la “peau en carbone” se retrouve tout près des échappements et du moteur. On s’assure aussi que la température maximale du pilier de l’aileron arrière ne dépasse pas les 160 °C, ce qui risquerait d’affaiblir cette pièce cruciale, qui supporte toute la charge aéro de l’aileron. Avec une sortie d’échappement centrale (et non plus double comme à l’époque des V8 atmosphériques), cela est devenu plus simple à gérer.
UN DEMI-KILO
Autre vérification : lors de “dry runs”, on contrôle le bon fonctionnement de la vidange du réservoir d’essence. Chaussé de pneus usagés (en tout cas pour les équipes sérieuses !), le pilote roule avec très peu d’essence, jusqu’à ce que la voiture s’arrête, en général en fin de matinée ou d’après-midi, pour ne pas trop perturber les essais (car on provoque un drapeau rouge, etc.).
Une fois la voiture ramenée au stand, les mécaniciens vident le réservoir et les ingénieurs évaluent ce qui reste. On estime qu’un réservoir est bien conçu s’il contient à ce moment-là au maximum un demi-kilo d’essence. Car imaginons que le moteur commence à avoir des ratés alors qu’il reste encore cinq kilos de carburant dans le réservoir : cela signifierait qu’on roule toujours avec 4 ou 5 kg d’essence en trop, ce qui correspond à deux dixièmes au tour perdus pendant soixante boucles, soit un retard d’une dizaine de secondes…
Pouvoir rouler avec le minimum d’essence sans souffrir de ratés moteur est capital, tout particulièrement en qualification.
PNEUMATIQUES ET ANALYSE
On évalue la performance, mais aussi la fiabilité. Les écuries qui sont confiantes sur leurs performances effectuent de longs relais, autant pour mettre leur mécanique à l’épreuve que pour estimer la dégradation des pneumatiques en course. De ce point de vue, Mercedes paraît assez sûre d'elle ! L’équipe envoie son pilote en piste pour boucler trois relais de vingt tours, afin de mettre le doigt sur les bons réglages. Les ingénieurs sont bien sûrs conscients de la représentativité toute relative des tests en conditions hivernales, mais ils en tirent des données qui seront très utiles.
On l’ignore souvent, mais les essais d’hiver mobilisent aussi beaucoup de personnel à l’usine.
Les chiffres de télémétrie sont en effet transmis à l’usine quasiment en temps réel. Là-bas, des analystes de données vont éplucher les datas pendant toute la journée, et envoyer un rapport au circuit tard dans la nuit. Il permettra de redéfinir le programme du lendemain et d’exploiter au mieux le temps restant, car tous les ingénieurs vous le diront : on n’a jamais assez de temps pour faire tout ce qu’on veut ! Si un problème majeur est constaté à ce stade (par exemple en matière de refroidissement), le cas est transmis directement au bureau d’études, qui va immédiatement plancher sur une solution.
On le voit, le programme des essais de présaison est lourd et demande plus d'abnégation que de brio de la part du pilote. Mais il s’agit d'une étape cruciale pour partir sur de bonnes bases, car le temps perdu ne se rattrape pas. En Formule 1 encore moins qu’ailleurs...
Propos recueillis par Nicolas Carpentiers

http://www.f1i.com/f1i-features/quoi-servent-les-essais-hivernaux-22/