CFD, kezako?

CFD et soufflerie, deux outils complémentaires

Lundi dernier, Marussia Virgin Racing a présenté sa MVR02 confiée aux mains de Timo Glock et de Jérôme d'Ambrosio. Si cette présentation n'était pas forcément la plus attendue des fans de Formule 1, plus enclins à s'impatienter au moment de découvrir la dernière née des usines de Maranello ou de Woking, entre autre, la MVR02 présente pourtant une particularité, la même que sa devancière. En effet, vous n'êtes pas sans savoir que l'écurie, qui bat désormais pavillon russe, n'utilise pas de soufflerie pour concevoir ses voitures mais se base uniquement sur le système CFD (Computational Fluid Dynamics). De quoi? Qu'est-que c'est que ce truc encore? Voici quelques petites explications pour essayer d'y voir plus clair.

Pour faire simple, il s'agit d'une sorte de soufflerie numérique qui permet d'analyser l'écoulement des flux d'air autour de la monoplace. La majorité des équipes du plateau l'utilise d'ailleurs en complément de la soufflerie, à l'exception de Virgin qui ne se sert que de la CFD dans la conception de ses monoplaces.

Si on parle beaucoup de ce procédé depuis l’année dernière, ce n’est pourtant pas quelque chose de nouveau en F1. En effet, la CFD a été introduite dans la discipline il y a un peu plus de 10 ans. Mais à la différence de Virgin, les autres équipes du plateau utilisent la CFD comme un outil complémentaire aux tests en soufflerie.

Les flux autour d’une monoplace sont très complexes, l’informatique permet de mieux comprendre ce qu’il se passe autour du châssis tandis que le travail en soufflerie est un bon moyen d’appréhender les forces et charges, mais ne permet pas d’avoir une bonne vision de ces fameux flux d’air circulant autour de la voiture.

La CFD est souvent utilisée avant de placer un modèle en soufflerie. Il permet aux ingénieurs d'explorer différentes pistes quant à la nouvelle voiture. Si les résultats obtenus sont satisfaisants, alors on passe en soufflerie. Ce système permet de rapidement passer en revue différentes idées, si les résultats en CFD sont mauvais il en sera de même en soufflerie. Par contre ce n'est pas parce qu'une idée est validée par la CFD qu'elle le sera automatiquement une fois placée en soufflerie.

«Si la CFD n’est pas aussi fiable que la soufflerie c’est parce que nous devons formaliser des hypothèses sur les équations qui régissent les fluides. La CFD fournit donc plus d’informations que la soufflerie mais pas forcément avec plus de pertinence ou de fiabilité,» explique un ingénieur de l’écurie Renault.

La CFD permet donc de rapidement mettre de côté les idées qui ne fonctionnent pas mais les résultats obtenus doivent encore passer le teste de la soufflerie avant d’être validé pour être monté sur la voiture. « La simulation théorique ne peut pas encore remplacer la soufflerie,» souligne Jacky Eeckelaert, coordinateur technique chez Hispania Racing. « Avec la CFD, ce n’est que lorsqu’on place la voiture en piste qu’on voit si on s’est trompé ou pas.»

Et si on s’est trompé ? Et bien il faut tout recommencer et reconstruire des pièces à l’échelle 1, ce qui revient alors plus cher que de refaire une maquette de soufflerie. Cependant, la VR01 de l’année dernière, même si elle n’était pas une flèche, n’a pas démérité face aux Lotus et HRT. Sa dernière position au championnat du monde des constructeurs est principalement due à des soucis de fiabilité chroniques. En début de saison dernière, Nick Wirth, directeur technique de Virgin, se montrait particulièrement satisfait que sa monoplace ne comporte aucun loup aérodynamique.

Loups aérodynamiques qui peuvent aussi être le résultat d’une soufflerie mal calibrée. Citons, par exemple, la Jaguar R3 de 2002, dont le concepteur avait pris la porte avant même le début de la saison, tant elle était ratée. Autre exemple récent, la Renault R29, elle aussi victime de problèmes de soufflerie.

Autre avantage de la CFD, il n’y a aucune restriction quant à son utilisation, au contraire des souffleries qui ne peuvent plus tourner 24h/24, 7j/7 comme c’était encore le cas il y a quelques années. La CFD permet donc de faire une première sélection de ce qui sera testé ou non en soufflerie et donc de ne pas perdre de temps avec des solutions qui ne fonctionnent pas.

La CFD n’est peut-être pas encore sur le point de remplacer le travail en soufflerie mais il prend de plus en plus de place dans l’élaboration d’une monoplace et est presque devenu indispensable pour espérer disposer d’un package compétitif en piste. Reste que si un jour, il se substitue effectivement aux tunnels, Marussia Virgin Racing restera dans l’histoire comme étant la première équipe à avoir pris ce pari du 100% CFD.

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Des boutons, encore des boutons

Deux de plus, deux de trop?

En 2011, la majorité des monoplaces de Formule 1 seront équipées du système KERS et de l'aileron arrière mobile. Ces deux systèmes seront actionnés par le pilote depuis le cockpit. Ce qui signifie qu'il y aura deux boutons de plus sur les volants cette saison. Une configuration qui risque bien de compliquer quelque peu la vie des pilotes de Grands Prix.

«Il y a de plus en plus de choses dont il faut s'occuper, mais en même temps, il faut continuer à piloter la voiture. Du point de vue du pilote, ce n’est pas génial. C’est en train de devenir trop. Mais c’est comme ça et il faut s’y adapter, » explique Felipe Massa.

Avis partagé par son équipier Fernando Alonso qui estime que la difficulté résidera dans le fait que le pilote disposera de peu de temps pour prendre une décision tout en continuant à piloter. « La seule difficulté… sera les boutons sur le volant et que nous aurons un laps de temps très court pour prendre des décisions, pour réagir avec les boutons tout en continuant à piloter. Donc, dans certains cas lors de courses sous la pluie, avec une mauvaise visibilité, des choses comme ça, nous devrons voir ce que ça donne, » souligne le double champion du monde après quelques tours au volant de la F150 sur le circuit de Fiorano vendredi dernier.*

Alors, potentiellement dangereux pour la sécurité ces deux nouveaux boutons ? En tout cas, Garry Paffet, pilote essayeur pour McLaren-Mercedes, souligne un paradoxe. « La FIA a interdit le F-Duct parce que les pilotes devaient lâcher le volant et se concentrer sur autre chose que la conduite Mais ils seront au moins aussi occupés cette saison, croyez-moi ! La première fois que vous roulez dans le simulateur avec tous les systèmes, vous appuyez sur le bouton KERS, puis sur la commande l’aileron arrière, et vous oubliez de changer de vitesse ! Du coup, vous êtes en surrégime et vous vous retrouvez hors piste. »

Pour Alonso, tous ces paramètres auxquels il faut penser une fois en piste, nuisent très clairement au plaisir de piloter une monoplace de Formule 1. « Je pense que le pilotage d’une GT doit être plus agréable car on peut se concentrer sur les freinages et les trajectoires. »

Ce qui est certains, c'est qu'il va falloir être capable de s'adapter à ces nouveautés et être en mesure de réfléchir très rapidement. « Je crois que cela va favoriser les pilotes calmes et intelligents, capables de rouler vite tout en pensant à tous les gadgets de la voiture. Ceux-là exploiteront au maximum les avantages procurés par ces systèmes, » explique Anthony Davidson qui a été chargé du travail de simulation pour l'écurie Mercedes GP. L’Anglais ajoute même qu’avec tous les paramètres que le pilote pourra gérer depuis son baquet, cela donnera lieu à un véritable one-man show dans la voiture.

Et les pilotes ne sont pas les seuls à se plaindre de l’augmentation des systèmes actionnables depuis le volant. Aldo Costa, directeur technique de la Scuderia a déclaré que la F1 avait atteint un seuil critique concernant le nombre de boutons sur le volant. Le Groupe de Travail Technique (TWG) se penche sur le sujet mais avec le règlement actuel qui interdit l'automatisation de tels systèmes, il y a peu de chance que cela change rapidement.

Quoi qu’il en soit, les premiers essais privés qui débuteront demain sur le tracé de Valence en Espagne, seront l’occasion pour les pilotes et les équipes de se faire une idée plus concrète à ce sujet. Affaire à suivre donc.

*Les pilotes Ferrari ont déjà eu l'occasion de prendre le volant de la F150 pour réaliser un spot publicitaire. 

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