Analyses techniques des monoplaces et de leurs évolutions

Un article paru sur f1i très intéressant !

Associés à deux systèmes de récupération d’énergie, les V6 thermiques utilisés cette saison utilisent la technologie de la suralimentation, introduite par Renault en Grand Prix en 1977. Le principe du turbo est de suralimenter le moteur en air, c’est-à-dire d’augmenter la pression de l’air admis, ce qui améliore le remplissage des cylindres en mélange “air/carburant”, permettant ainsi d’augmenter la puissance pour une même cylindrée.

Installation classique
En simplifiant beaucoup, un turbo se compose de trois pièces : une turbine, un compresseur et un axe, qui les relie. La turbine, placée dans le flux des gaz d’échappement sortant du moteur, est entraînée à grande vitesse. Elle est reliée par un arbre à un compresseur placé dans le conduit d’admission du moteur. Ce compresseur aspire et comprime l’air ambiant, avant de l’envoyer dans les cylindres, en passant par un échangeur air/air (intercooler) pour le refroidir (ou, plus rarement, par un échangeur air/eau, comme le font Ferrari et Mercedes).
En général, le turbo est un ensemble compact, placé à l’arrière du moteur, comme sur l’illustration n° 1 ci-dessous. Telle est l’architecture, classique, retenue par Ferrari et Renault pour leur V6. L’axe reliant le compresseur à la turbine est très court. Et l’ERS-H, qui récupère l’énergie déployée par la rotation de l’arbre, est placé à l’intérieur du “V” formé par les deux rangées de cylindres.

Mercedes a choisi une implantation plus originale, en décomposant, en quelque sorte, le turbo. Contrairement à ce qu’ont montré les images officielles diffusées lors de la présentation, la turbine est séparée du compresseur sur le V6 allemand.
Autrement dit, la turbine est toujours montée à l’arrière du bloc, alors que le compresseur, lui, est placé à l’avant (on peut le situer au niveau du cache rouge sur la première image, au-dessus, qui montre le moteur Mercedes monté dans la McLaren). Les deux éléments, éloignés l’un de l’autre davantage que dans une architecture conventionnelle, sont reliés par un axe beaucoup plus long, qui passe à l’intérieur du “V”, comme on le voit ci-dessous (le conduit d’admission et la boîte à air ont ici été dessinés en pointillés afin de rendre bien visible l’architecture et la longueur de l’axe). “Sur les voitures de série, souligne notre consultant technique Jacky Eeckelaert, l’arbre est le plus court possible, pour des questions de fiabilité. Mais avec une telle disposition, on pourrait tout à fait loger le générateur de l’ERS-H entre la turbine et le compresseur.”

Innovation chez Mercedes
Cette architecture, inhabituelle, présente deux avantages. Le premier est une meilleure gestion du refroidissement, puisque le compresseur en aluminium et les conduits sont montés à l’avant du V6, loin des 900 °C de la turbine et des pots d’échappements brûlants. L’intercooler peut dès lors être plus petit (puisque l’air compressé a moins besoin d’être refroidi), ce qui a permis aux aérodynamiciens de dessiner des pontons plus étroits et, donc, plus efficaces.
Deuxièmement, les tuyaux qui relient le compresseur à l’intercooler sont plus courts, ce qui permet de réduire le fameux “temps de réponse” du turbo. Or abaisser le temps de réponse permet de réduire la quantité d’énergie à stocker par l’ERS afin de continuer à faire tourner la turbine lorsque la pédale d’accélérateur n’est pas enfoncée. La batterie se décharge donc moins rapidement, gain appréciable quand on se rappelle que le règlement autorise de dépenser 4 MJ par tour mais d’en récupérer seulement 2 MJ par boucle.
Troisièmement, en plaçant le compresseur à l’avant du bloc, Mercedes a dégagé de l’espace à l’arrière, ce qui a l'avantage d’avancer un peu la boîte de vitesses, d’où un meilleur centre de gravité.
Le défaut éventuel de cette implantation est la longueur inhabituelle de l’axe, qui rend la pièce plus vulnérable : entraîné à 125.000 tours/minute (régime de rotation de la turbine, à  ne pas confondre avec le régime du moteur), l'arbre doit posséder une fiabilité exemplaire, ce qui semble bien être le cas chez Mercedes (la panne d’Hamilton en Australie est due à un trou dans le joint de caoutchouc qui protège les bougies d’allumage ; cette cavité a empêché une bougie de faire feu et, donc, un cylindre de fonctionner).

Bien entendu, cette particularité du bloc PU106A n’explique pas à elle seule la compétitivité des monoplaces propulsées par Mercedes (Force India, Williams, McLaren) ni la suprématie des Flèches d’argent. Pas plus que son refroidissement par un échangeur air/eau, qu’il partage avec le V6 Ferrari (expliqué ici). Plus globalement, c’est la capacité des motoristes de Brixworth à faire fonctionner le bloc thermique en harmonie avec les deux systèmes de récupération de l’énergie qui explique l’excellence du propulseur étoilé.

Intégration en amont
Quant aux performances exceptionnelles de la W05, elles reposent sur l’alliance d’un bon moteur et d’un châssis efficace, et sans doute aussi sur le fait que les écuries clientes ont reçu plus tard leur propulseur et ont donc eu moins de temps pour étudier les détails de son intégration dans le châssis… Les ingénieurs de Brackley ont travaillé main dans la main, et très en amont, avec leurs collègues motoristes de Brixworth, installés à une quarantaine de kilomètres de l’usine. Enfin, dotée d’un nez particulier, la monoplace argentée possède une aérodynamique soignée et une suspension interconnectée.
Même si les adversaires des Flèches d'argent ont connaissance de cette architecture astucieuse depuis quelques semaines, ils sont dans l’impossibilité de s’en inspirer. Le dessin des moteurs de cette saison est en effet figé depuis le 28 février, obligeant Renault et Ferrari à trouver d’autres voies pour rattraper leur retard actuel.
De quoi faire scintiller quelque temps encore l'étoile de Stuttgart dans le ciel des Grands Prix...