Moteurs f1 une hybridation bientot transposable a la serie

Des défis technologiques multiples

Trois motoristes ont donc relevé le gant de cette révolution radicale, consistant à passer d’un moteur V8 à un V6 turbocompressé hybride à injection directe, devant consommer un tiers de moins que les moteurs 2013, tout en visant des performances similaires, mais à un régime limité à 15 000 tours/minute.

On pourrait se montrer sceptique quant à ce pari un peu fou. Pourtant, le limiteur de carburant (100 kg/h) ne permet aucune tricherie mais génère au contraire beaucoup d’inventivité, dont les véhicules de série profiteront de manière incontestable quand Mercedes, Renault, Ferrari et Honda (qui arrivera en 2015), vulgariseront leurs trouvailles.

Pour l’heure, tentons d’appréhender quelque peu les différents défis technologiques que les trois motoristes engagés pour cette saison 2014, ont eu à relever afin d’aligner des monoplaces aux performances toujours époustouflantes malgré des règles plus que contraignantes. Pour situer les choses, disons qu’avec un droit d’utilisation de 5 moteurs pour les 19 Grands Prix, la Fédération internationale de l’automobile place les motoristes dans l’obligation de choisir des solutions technologiques parfaitement validées.

Les essais d’avant saison ont mis en évidence certaines difficultés rencontrées par Renault pour fiabiliser ses options, alors qu’il semblerait que Mercedes soit déjà à l’aise et efficace avec son nouveau système d’hybridation. Gageons néanmoins que les bancs d’essais tournent encore à plein régime, mais il faudra également s’assurer que l’implantation de ces nouveaux moteurs, j’allais dire ces véritables usines à gaz, ait été réussie dans les châssis. Là aussi, de nombreux paramètres doivent entrer en ligne de compte pour garantir la meilleure optimisation du rendement du berlingot.

Des principes d’hybridation nouveaux

Même si Renault a présenté lors du dernier Salon de l’aéronautique son nouveau bijou, les constructeurs ne sont pas très bavards, (Ferrari se montrant carrément mutique) quant aux options précises qu’ils ont choisies pour se conformer au règlement. Peu importe le détail, il est important de comprendre les nouveaux principes qui régissent cette hybridation des sources d’énergie.

La saison dernière, l’énergie récupérée lors des freinages, limitée à une puissance de 80 cv et stockée dans une batterie, pouvait être réinjectée dans le système de traction, durant 6 secondes par tour. Cette année, on ajoute un autre système de récupération d’énergie sur les gaz d’échappement (solution déjà tentée sur certains poids lourds) et, pour faire simple, disons qu’il contribue à fournir de la puissance d’appoint dont la limite est fixée ( les deux systèmes cumulés) à 160 cv et utilisable autant que de besoin ou plutôt autant que disponible, mais sans limitation de durée sur un tour. Pour corser l’affaire, les ingénieurs ont pensé se servir de cette récupération sur les gaz d’échappement également pour combattre ce fameux et détestable temps de réponse du turbo.

Les moteurs 2014, à simple turbo, n’échapperaient pas à ce handicap de relance avec un régime optimum de rotation du turbo, après un freinage ou un ralentissement de la F1, si cette récupération dans l’échappement n’aidait pas au maintien d’une vitesse optimale du turbo, dans ce type de situation. Par ailleurs, l’option d’adjonction de puissance récupérée à l’échappement, à celle fournie par le récupérateur d’énergie cinétique soit en direct, soit par stockage dans la batterie, reste totalement ouverte selon les besoins et avec des priorités déterminées par un calculateur, sur lequel reposeront bien des enjeux !

Une usine à gaz à implanter

On voit bien que l’on peut parler d’usine à gaz pour faire fonctionner, synchroniser, complémenter ces sources hybrides d’énergie. Il est facile d’imaginer la complexité et la difficulté qu’il y aura à paramétrer le calculateur gérant les deux systèmes de récupération d’énergie, le moteur, la batterie…mais en même temps, les ingénieurs châssis et les aérodynamiciens auront eu d’autres problèmes à régler, à savoir l’implantation de ces divers organes et la répartition du poids. L’architecture d’un moteur V6 turbo réclame une attention particulière pour tout ce qui concerne les températures (eau, huile) mais aussi celle de l’air poussé par le turbo, qui doit être basse si l’on vise un haut rendement du moteur. Une imposante boîte à air s’impose. Les systèmes de récupération d’énergie cinétique (au freinage) et mécanique (gaz d’échappement) doivent trouver leur place, tout comme le calculateur et la batterie. Cette équation de la répartition de ces divers éléments aura été résolue de manière différente selon les divers constructeurs-motoristes. Il faudra attendre les premières épreuves pour disposer des informations suffisamment précises pour comparer objectivement les diverses options retenues.

Une chose est certaine, le poids maximum autorisé pour une voiture a été augmenté de 49 kilos par rapport à l’an dernier, c’est à dire 691 kilos avec le pilote à bord. La batterie a une grande part de responsabilité dans l’affaire et, pour abaisser le centre de gravité des monoplaces elle se trouve installée sous le réservoir d’essence, ce qui fait hurler les ayatollahs de la sécurité à cause d’une puissance autorisée de 1000 volts. On brandissait les mêmes épouvantails lors de la sortie de la Toyota Prius et, tout le monde en vient pourtant au système hybride maintenant. Pour autant, chaque motoriste se garde bien de divulguer les voltages d’alimentation choisis pour les diverses fonctions (12, 24 ou 48 volts), pas plus qu’il ne nous renseigne sur la manière dont on mixera les diverses options possibles afin de disposer d’une puissance constante de plus de 600 cv, pour toute la durée des courses et ce, sur tous les circuits. Pour éviter les mauvaises surprises, les simulations de Grand Prix seront sans doute menées rondement, un fois que les systèmes d’hybridation auront été arrêtés.

Des pilotes-ingénieurs ?

A l’issue des premiers essais hivernaux, les pilotes ne se sont pas montrés très diserts sur ces questions très techniques de l’utilisation optimale de cette nouvelle génération de moteurs. Faudra-t-il sortir d’une école d’ingénieur pour piloter avec efficience les F1 ? Le plateau 2014 ne semblant pas regorger de diplômés en la matière, est-ce à dire que ce seront les ingénieurs qui feront rouler les dés à partir de programmes savants et d’instructions quasi-permanentes lancées par radio ?

Il n’en demeure pas moins que le couple disponible aux roues arrière sera plus élevé que par le passé et que, c’est bien encore le pilote qui saura plus ou moins bien synchroniser les actions de pilotage au moment d’aborder un virage par exemple, comme : point de freinage et dosage de celui-ci, choix du rapport de la boîte à 8 vitesses, enfoncement de la pédale par le pied droit, et angle de braquage.

Après les questions posées pour la conception des nouveaux moteurs et leur implantation dans les monoplaces, les équipes de motoristes de piste se penchent maintenant activement sur l’exploitation.

Nous ne tarderons pas à voir comment chacune des écuries va maitriser ce nouveau challenge très excitant pour les ingénieurs mais aussi, plein de promesses pour l’automobiliste au quotidien. Une chose est certaine, toutes les écuries espèrent que leur motoriste sera parvenu à garantir une totale fiabilité des systèmes complexes d’hybridation, car en cas de défaillance de l’un ou de l’autre, il faudrait payer la note non pas en dixièmes perdus au tour, mais en secondes ! Eventualité totalement IMPENSABLE, à priori… !

Rappelons la répartition des forces selon les motoristes : Renault champion du monde 2013 équipera quatre écuries Red Bull, Lotus, Caterham, et Toro Rosso ; Mercedes fournira ses moteurs, bien sûr à sa propre équipe, mais aussi à Force India, Williams et McLaren, alors que Ferrari motorisera ses monoplaces, celles de Marussia et de Sauber.
Comme à la roulette, nous pensons vraiment que c’est sans doute le moment de dire : « Rien ne va plus faites vos jeux ! »

En tout cas, la F1 se retrouve intelligemment relancée avec la préfiguration très pointue des moteurs que tout un chacun pourra utiliser, de manière courante, dans quelques années.

On vous propose un petit tour dans la nouvelle Mercedes F1, largement de quoi entendre le nouveau son des moteurs hybride de la Formule 1.