L'aileron de requin pour les nuls ! Imprimer Envoyer
Samedi, 04 Septembre 2010 16:48

th_Aileron_requinJ'espère que les auteurs de cette fameuse série de bouquins de vulgarisation ne m'en voudront pas trop d'avoir pompé leur idée pour le titre de cet article... Mais c'était trop tentant ! Même si le règlement 2011 n'a pas encore été rendu public par l'Automobile Club de l'Ouest, la pré-version évolution 4 donnée aux concurrents a été récemment mise en ligne par Michael J. Fuller sur Mulsanne's Corner. 50 pages en français et en anglais afin de décrire les futures prototypes LMP1 et LMP2 que nous verrons en piste à partir de 2011. Un tel pavé est un peu rebutant à lire pour les fans. Je vous propose donc d'en découvrir les points principaux au travers de deux articles. Le premier est naturellement consacré à ce qui fait déjà débat sur le strict point de vue de l'esthétique, à savoir la dérive centrale qui sera ajoutée au capot arrière des prototypes. On a pris l'habitude de l'appeler l'aileron de requin...

Lola B11/80
Oreca 03

Lola et Oreca viennent récemment de dévoiler chacun leur future arme en LMP2 : la Lola B11/80 pour le premier et la Oreca 03. Chacune, dévoilée via des images de synthèse laisse apparaître cette fameuse dérive. Autant le dire tout de suite, si les véritables ailerons de requins « font un malheur » auprès des consommateurs chinois notamment et ce, pour le plus grand malheur de ces grands squales, la pièce de carbone ajoutée sur les prototypes va faire le malheur des esthètes de l'endurance... Deux autos dévoilées, deux voitures défigurées par une grande plaque toute plate, sur laquelle aucune fantaisie n'a été apportée. Certains se plaignent déjà de cette apparition, votre serviteur le premier, alors tentons d'expliquer le pourquoi du comment.

Pourquoi l'ajout de ces dérives centrales ? Tout un chacun ou presque le sait maintenant, elles ont été étudiées sur la demande de la FIA afin d'éviter de voir se reproduire des envols latéraux tels qu'on en a vu beaucoup en 2008, les plus marquant étant évidemment ceux de Stéphane Ortelli sur sa Courage LC70E Oreca à Monza ou de Marc Gené sur sa Peugeot 908 lors de la Journée Test du Mans. Vous pouvez retrouver ici un article que j'avais écrit à l'époque sur ce sujet. Depuis lors, une première mesure, prise en 2009, avait été de modifier la forme du patin de bois obligatoire situé sous les voitures. Sa section rectangulaire biseautée avait été modifiée pour une forme arrondie sensée reculer le seuil d'envol des autos. Cela s'accompagnait également de la diminution des appuis via la réduction des dimensions de l'aileron arrière qui devait diminuer la vitesse de passage des voitures en virage. Mais on savait que ces mesures, faciles à mettre en œuvre, n'empêchaient pas d'étudier d'autres solutions permettant d'aller plus loin dans le traitement de fond du problème.

Les constructeurs ont été consultés pour étudier le problème et proposer des solutions, une société indépendante a été mandatée, Delta Motorsport. De nombreuses idées ont été émises et testées tout d'abord en CFD puis sur des modèles de soufflerie. La seule solution qui s'adaptait aussi bien aux voitures ouvertes que fermées, sans remettre en cause le fond de la voiture qui a prouvé ses effets bénéfiques sur les envols longitudinaux de la fin des années 90, était cette dérive centrale ou aileron de requin.

Maintenir la voiture en ligne...

Comment agit-elle ? Probablement de deux manières. Tout d'abord, elle retarde le moment ou la voiture partira en déplacement transversal suite, soit à l'erreur d'un pilote, soit à une rupture mécanique. De par sa forme et sa position, elle s'oppose à cette envie que l'arrière pourrait avoir de passer devant en générant une force horizontale qui contre-carre la prise de lacet. Le principe n'est pas récent. L'un des plus fameux exemples de dérive remonte à la Jaguar Type D de 1954... Voilà pourquoi cette plaque est de grande dimension et qu'elle vient, visuellement, polluer nos beaux protos. Plus elle est grande et surtout, plus elle est longue, plus elle joue son effet à plein en augmentant le bras de levier. Voilà aussi pourquoi elle est forcément parfaitement centrée sur l'auto (vue de dessus). Si par exemple, on la plaçait dans l'alignement du pilote sur une voiture ouverte, elle serait encore plus efficace lorsque l'auto partirait en travers dans un sens mais elle verrait son effet s'annuler, voire s'inverser si elle partait dans l'autre. Comme on ne sait pas encore imposer aux pilotes de toujours partir en tête à queue dans le même sens (!!!), la dérive est centrée sur l'auto jouant ainsi le même rôle avec la même intensité des deux côtés.

Mais ce n'est peut-être pas là, la fonction principale de cette dérive. Sa présence permet en effet, lorsque la voiture est en travers et qu'elle se déplace transversalement et non plus longitudinalement, de remettre des pressions verticales sur le capot moteur autrement dit de récupérer un peu de l'appui perdu par la faute d'un sens de déplacement inopportun et de ce fait, de maintenir, autant que faire se peut, la voiture au sol. Effectivement, lorsqu'une auto est en travers, elle perd une très grande partie de sa charge aérodynamique car les diffuseurs AV & AR ainsi que l'aileron ne peuvent plus fonctionner. En fait, plus une auto prend de l'angle, moins elle est "appuyée". La dérive contre-carre donc cet effet en jouant sur les efforts verticaux appliqués au proto.

Le problème, c'est que, de par sa forme et sa position, elle peut avoir tendance à influer sur un autre facteur plus défavorable, à savoir le moment de retournement. En effet, si elle engendre indirectement un effort purement vertical bénéfique, elle génère également (directement cette fois-ci) une force transversale néfste qui, appliquée sur la partie haute de la voiture, aura pour conséquence d'augmenter notablement le moment de retournement qui agit sur la voiture. En termes physiques, un moment est une force agissant au bout d'un bras de levier. C'est ce qui se produit lorsque vous fermez une porte. Vous savez tous intuitivement que plus vous pousserez la porte loin des charnières, moins la force à exercer sera grande. Au contraire, si vous appuyez à quelques centimètres seulement des charnières, vous allez devoir bien forcer pour la mettre en mouvement. C'est cela un moment (on parle aussi très souvent de couple notamment pour les moteurs) On constate donc que cette grande plaque peut aussi se prendre à son propre piège et inverser le mode de fonctionnement prévu. Alors certes dans le cas d'un tel déplacement , elle jouera le rôle d'un aérofrein ce qui ralentira violemment la voiture et pourrait malgré tout la maintenir au sol mais l'équilibre sera tout de même fragilisé.

Que ce soit sur la Lola ou la Oreca, ces dérives sont de très grande taille et presque rudimentaires dans leur aspect. Pour mieux comprendre, je vous propose de voir les contraintes qu'imposent l'article 3.6.4 du règlement intégralement consacré au sujet. Vous allez voir qu'il n'autorise guère de fantaisies ! Tout d'abord, cette dérive doit garantir une surface d'appui d'au moins 3000 cm2 soit, pour donner une idée, un rectangle de 30 cm de haut par un mètre de large ! Et ce sans tenir compte de la surface cachée, en vue de profil, par les ailes arrière car cette partie est quasi inefficace du point de vue mécanique. De plus, toutes les arêtes de cette dérive doivent être strictement rectilignes ! (Bord d'attaque, arête supérieure et bord de fuite) Il n'y guère que les buildings qui tirent une certaine beauté des formes rectilignes, l'automobile a toujours été admiré surtout pour ses rondeurs ou ses galbes. Cette grande plaque remet cela en cause. Seule concession du règlement à une certaine esthétique, il est possible de rayonner les coins de ce rectangle via un rayon de 5 cm. De même, on peut assouplir la jonction entre le capot et la dérive via un congé de 5 cm de rayon (un congé est une surface rayonné mais également une période de vacances ce qui n'a rien à voir avec notre cas...). Ce n'est pas avec ça que les ingénieurs vont pouvoir jouer aux stylistes...

th_LMP1_derive_01
Un bon dessin vaut souvent mieux qu'un long discours ! Voyons donc en image les contraintes imposées à l'aileron de requin par le règlement.
th_LMP1_derive_02
Voici tout d'abord toutes les dimensions de la fameuse plaque.
th_LMP1_derive_03
Puis les tout petits aménagements "esthétiques" autorisés...
th_LMP1_derive_04
Voyons maintenant les efforts générés par cette dérive.

Une question revient assez souvent sur les forums. Avec l'ajout de cet élément, les ingénieurs ne seraient-ils pas tentés d'en profiter pour ajouter un F-duct, élément apparu en F1 cette année qui permet, en modifiant le flux sur l'aileron arrière (commandé par le pilote) d'améliorer la vitesse de pointe. La réponse est négative car l'épaisseur maxi imposée par le règlement à cette plaque est de 20 mm, ce qui est insuffisant pour laisser passer un flux d'air efficace à l'intérieur.

Comme le prouve l'image de la Lola, le seul avantage de cette plaque sera d'offrir un espace idéal aux sponsors, très visible et tout plat, donc ne déformant pas les logos ! Super...

Mais une chose est sûre, entre les sabots arrières apparus en 2004 et cet aileron de requin, les voitures modernes ne seront jamais des reines de beauté. Ferrari 330 P4, Ford GT40, Jaguar Type D et autres Porsche 917LH peuvent donc dormir tranquilles, elles ne seront pas détrônées de si tôt. Vous avez dit dommage ? Oui, clairement...

Laurent Chauveau

Extrait du règlement ACO 2011. Protoypes LMP1 & LMP2

3.6.4. Dérive (Doit être approuvée par la FIA)

a/ Général :

Une dérive verticale devra être ajoutée à la voiture, cette dérive devra être:

Longitudinale et parallèle à l’axe longitudinale de la voiture.
Parfaitement située sur l’axe longitudinal de la voiture avec une épaisseur égale de chaque côté de celui-ci.

La dérive aura une épaisseur constante (entre 10mm minimum et 20mm maximum).
La voiture étant sur ces roues, la partie visible (en vue latérale) de la dérive devra être >3000cm² de chaque côté de la voiture.

La dérive devra être continue sans trous ou ouvertures.

Aucun autre appendice ne devra être attaché à la dérive.
La dérive pourra être entièrement fixée au capot moteur et/ou fixée rigidement au châssis, aileron arrière et structure arrière (formant un « pond »).
Des outils pourront être nécessaires pour enlever le capot moteur et/ou la dérive.

b/ Position :

La partie supérieure devra être rectiligne et située entre 920mm et 1030mm au dessus du plan de référence.
Le bord d’attaque devra être rectiligne et situé à l’arrière du toit (voiture fermée) ou à un maximum de 300mm derrière l’ouverture de l’habitacle (voiture ouverte).
Le bord de fuite devra être rectiligne et situé entre 350mm et 450mm derrière l’axe des roues arrière.
La partie inférieure devra être à moins de 25mm au dessus de la surface de carrosserie.

c/ Géométrie :

Le bord d’attaque, la partie supérieure et la partie inférieure pourra être arrondi avec un rayon constant (le rayon sera égal à la moitié de l’épaisseur de la dérive).
Le bord de fuite pourra être biseauté ou avoir une forme elliptique sur 20mm maximum.
Un rayon de 50mm maximum est autorisé entre la partie supérieure/bord d’attaque, la partie supérieure/bord de fuite, la partie inférieure/bord d’attaque et la partie inférieure/bord de fuite.

Si la dérive est attachée au capot moteur, un rayon de 50mm maximum est autorisé pour le raccordement des deux pièces.

d/ Déflexion :

Un test de charge statique utilisant un “U” de longueur 400mm et positionné sur la partie supérieure de la dérive sera effectué.
Ce « U » pourra être positionné à n’importe quelle endroit sur la partie supérieure de la dérive de façon à ce qu’il ne dépasse pas de chaque côté (les rayons seront ignorés).
La charge sera appliquée au centre des 400mm de la pièce en « U ».
Ce test sera effectué sur la dérive en place de façon à tester aussi les fixations sur le châssis et la carrosserie...
La déflection de la dérive ne devra pas être supérieur à 50mm pour une charge de 200daN.