Savez-vous ce qui est utilisé pour construire une voiture de F1, combien de temps il faut pour la fabriquer et combien de personnes sont impliquées ? Découvrez tout cela et bien plus encore ici…
De combien de pièces se compose une voiture de F1 ?
Chaque voiture de Formule 1 est constituée d’environ 14 500 composants individuels*, et chaque pièce est fabriquée sur mesure, la conception assistée par ordinateur (CAO) étant utilisée pour développer les pièces et la fabrication assistée par ordinateur (FAO) ou le traitement manuel pour les construire.
Contrairement à de nombreuses séries de courses, les voitures sont totalement uniques pour chaque équipe – par opposition à la F2, qui a une voiture standard, ou même à la Formule E, qui a un châssis standard – mais on observe une tendance à la standardisation de certaines pièces.
À partir de 2022, les voitures devront être équipées de certaines pièces « standard » et de pièces « prescrites », telles que l’aérodynamique des roues, les moyeux de roue et le plateau à thé du plancher avant, que les équipes devront construire selon un modèle défini. Il existe également des « pièces transférables », comme les boîtes de vitesses et les embrayages, qui peuvent être achetés et vendus entre les équipes.
Le règlement technique définit des « boîtes à règles » qui limitent les conceptions des équipes. Il s’agit notamment de fixer des dimensions spécifiques pour les ailes et les bargeboards, de définir des zones aérodynamiques interdites et d’interdire certains alliages coûteux dans les moteurs.
Une nouvelle voiture est produite chaque année, mais contrairement à une voiture de route, qui reste généralement la même une fois sortie de l’usine, une voiture de F1 est développée en permanence, avec de nouvelles pièces introduites au fur et à mesure des courses.
Quand le processus commence-t-il ?
La conception d’une voiture de F1 prend beaucoup plus de temps que vous ne le pensez. Les meilleures équipes commencent en fait à travailler sur les nouvelles voitures plus d’une saison avant la course – par exemple, le travail sur une voiture de 2021 aurait commencé dans les derniers mois de 2019.
Le processus commence avec les chefs d’équipe du moteur et du châssis qui discutent d’une approche globale et répondent aux commentaires des pilotes sur la voiture actuelle. Les premiers travaux impliquent ensuite une équipe de conception qui évalue toute nouvelle approche.
Au fur et à mesure que l’année précédant le lancement de la voiture avance, la conception devient plus impliquée et plus détaillée, et l’objectif de l’équipe s’éloigne lentement du développement de la voiture actuelle pour produire la future voiture.
Au cours de la saison, de plus en plus de personnel de conception est transféré pour travailler sur la nouvelle voiture, mais ce n’est qu’en hiver que les choses se concrétisent physiquement, avec des articles fabriqués à l’extérieur testé et des conceptions transformées en pièces réelles.
Conception et développement
Le développement d’une voiture commence dans le bureau d’études, où des équipes sont assises derrière des ordinateurs de CAO (conception assistée par ordinateur) pour produire des dessins complexes en 3D de nouvelles pièces, qui peuvent se compter par centaines chaque jour en période de pointe.
Différents sous-groupes s’occupent de différents domaines ou aspects de la voiture – tels que la transmission, l’électronique, la conception mécanique et l’aérodynamique, ainsi que la conception composite, qui implique de planifier la manière dont les pièces sont fabriquées.
L’aérodynamique est l’un des domaines les plus importants et les équipes ont généralement 3 ou 4 groupes distincts, chacun ayant un domaine d’intérêt différent. Elles créent des modèles à tester en CFD (dynamique des fluides numérique) pour décider de ceux qui seront testés en soufflerie.
La plupart des pièces du modèle sont désormais fabriquées par prototypage rapide et impression 3D, les ailes étant en métal. Dans le tunnel, la voiture est boulonnée à une colonne centrale et un ventilateur souffle de l’air au-dessus d’elle, une courroie située en dessous fonctionnant à la même vitesse.
Le modèle est équipé de capteurs pour enregistrer la vitesse et la pression, et la colonne vertébrale est fixée à une balance sensible pour mesurer la force d’appui. La voiture est déplacée dynamiquement pour modifier la hauteur de caisse et l’assiette, comme elle le fait sur la piste.
Les équipes sont désormais limitées à un seul tunnel – dans le passé, Ferrari était connu pour rouler 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à trois endroits différents ! – et la vitesse est limitée à un maximum de 180 km/h, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas tester pleinement tous les aspects des performances de la voiture.
Il y a également des limites au temps qui peut être passé sur la CFD et dans la soufflerie, en fonction de la position de l’équipe à la fin de la saison précédente. Le dernier classé obtient 25 % de temps en plus dans la soufflerie que le champion en titre.
Fabrication
Environ 80 % de la voiture est fabriquée en matériaux composites et la fibre de carbone « préimprégnée » est le principal matériau utilisé. Ce matelas tissé de brins de carbone préenduit de résine est fourni sur des rouleaux géants et stocké dans des congélateurs pour en préserver la fraîcheur.
Les pièces en fibre de carbone commencent par un modèle, généralement réalisé en époxy à l’aide de fraiseuses à cinq axes qui utilisent les données CAO pour découper avec une précision de 0,05 mm. Les modèles sont ensuite utilisés pour fabriquer un moule femelle en fibre de carbone, qui est ensuite utilisé pour fabriquer la pièce finale.
Les zones de fabrication des composites d’une usine de F1 sont des environnements cliniques, où la pression de l’air, l’humidité et la température sont étroitement contrôlées et où les ouvriers portent tous des combinaisons de protection propres et des protège-chaussures à tout moment. En effet, toute impureté qui pénètre dans la pièce peut provoquer une défaillance catastrophique.
À titre d’exemple, chez McLaren, 130 personnes travailleraient en permanence sur des pièces en composite, dans la salle blanche, la finition et l’assemblage, l’atelier de modélisation et les ateliers d’usinage. Les équipes plus petites externalisent ce processus de fabrication.
Le matelas de fibres de carbone est découpé avec précision dans des formes spécifiques – définies par le département de conception des composites – et ces formes sont assemblées de manière très précise, car les différentes directions des brins offrent des propriétés et des directions de résistance différentes.
La pose des pièces se fait toujours à la main, assistée par un système de placement laser guidé par ordinateur. Un plus grand nombre de plis est utilisé dans les pièces soumises à des contraintes plus importantes, et certaines pièces, comme le châssis, ont des épaisseurs différentes dans différentes zones en fonction des exigences de rigidité.
En fait, la nature complexe de la fabrication de la fibre de carbone a permis aux équipes de contourner les règles – littéralement – en créant des ailes qui sont plus faibles dans certaines zones et peuvent fléchir sous la charge, en passant les tests de charge statique, mais en se déplaçant sur la piste. C’est ce qu’aurait fait l’aile arrière de Mercedes à la fin de l’année 2021.
De nombreuses pièces sont fabriquées en deux ou plusieurs sections – le châssis monocoque, par exemple, est constitué de deux moitiés (supérieure et inférieure) qui sont collées ensemble ; les ailes avant et arrière sont creuses et collées ensemble pour créer la construction finale.
Parallèlement au processus de fabrication de la fibre de carbone, il y a également une grande quantité de fabrication de métaux, la plupart utilisant des métaux « exotiques ». Alpine, par exemple, utilise 16 machines pour traiter toutes ces pièces et les remplace tous les trois ans.
Test des pièces
Vous vous souvenez des 14 500 pièces mentionnées au début ? Eh bien, elles doivent toutes être inspectées et approuvées avant d’être montées sur la voiture elle-même – et il n’y a pas qu’un seul exemplaire de chaque pièce.
D’énormes quantités de tests sont effectuées avant même que la voiture ne tourne une roue, afin de s’assurer que la fiabilité est aussi certaine que possible – et le nombre de participants aux courses modernes, comparé à celui d’il y a 10 ans, montre que cela fonctionne.
Les matériaux sont passés au microscope (littéralement) et chaque pièce de la voiture aura subi des essais non destructifs (END) avec des techniques à rayons X ou à ultrasons pour évaluer le collage des joints et l’état des laminés, des contrôles de fermeté, des contrôles visuels et un nettoyage complet.
Des machines à mesurer tridimensionnelles (CMM) informatisées et des appareils laser portatifs sont également utilisés pour vérifier les dimensions, avec une précision de l’ordre du micron, afin de garantir un ajustement parfait et la légalité.
Tous les sous-ensembles et les ensembles sont ensuite assemblés et testés sur des bancs d’essai dynamiques qui mettent les pièces à l’épreuve, en les faisant correspondre aux températures et aux cycles de mouvement qu’elles devraient subir sur la piste.
Chaque pièce se voit attribuer une « durée de vie » basée sur le kilométrage ou le temps, après laquelle elle doit être retirée et remplacée. Les composants, en particulier ceux qui sont essentiels à la sécurité, sont souvent testés jusqu’à trois ou quatre fois la durée de vie prévit, juste pour être sûre.
Les équipes doivent également inclure un nombre croissant de structures de protection contre les chocs autour de la voiture et les tests de collision de la FIA doivent être réussis avant que la voiture ne soit certifiée. Ceux-ci comprennent des tests d’impact frontal, arrière et latéral ainsi que des tests de renversement, et ils sont extrêmement destructeurs.
Le shakedown et les essais
C’est à ce moment que tout devient très concret. À l’usine, le groupe moteur, le système d’alimentation en carburant, le système hydraulique, la transmission et le système de refroidissement sont tous fixés au châssis et connectés pour être testés.
À ce stade, le processus de conception est à peu près à mi-chemin, il reste donc encore beaucoup de chemin à parcourir. La carrosserie de la voiture n’a pas encore été montée, si bien que, visuellement, elle a été décrite comme ressemblant à « Robocop quand il enlève toute sa peau ».
Une fois que toutes les pièces sont fabriquées et prêtes à être assemblées, la première construction de la voiture prend environ une semaine, et la voiture est assemblée dans l’aire de course. Le châssis monocoque est la section centrale, et tous les sous-ensembles sont boulonnés dessus.
