GRAND ORAL F1 MÉCANIQUE DES FLUIDES

« GRAND ORAL F1 MÉCANIQUE DES FLUIDES Bonjour à toutes et à tous, Aujourd’hui, je vais vous présenter un sujet qui m’intéresse tout particulièrement mêlant vitesse, technologie et physique : la Formule 1 et la mécanique des fluides. Des décennies d'ingénierie automobile ont mené à la création de championnats de course automobile, avec à son sommet la Formule 1, apparue en 1950.

Avec une masse actuelle d’environ 750 kg, une monoplace de F1 peut atteindre des vitesses de l’ordre de 360 km/h, soit plus que la vitesse de décollage d’un avion de ligne chargé, qui pèse pourtant plus de 500 tonnes.

Pourtant, ces monoplaces parviennent à enchaîner une succession de virages très rapides sans jamais quitter le sol.

Alors, comment cela est-il possible ? Pourquoi une Formule 1 ne décolle-t-elle pas ? C’est à cette question que je vais tenter de répondre aujourd’hui, en m’appuyant sur les principes de la mécanique des fluides. Nous allons d'abord voir le fonctionnement de quelques aspects de la voiture puis nous allons appliquer les principes physiques de la mécanique des fluides comme la relation de Bernoulli et l’effet Venturi et voir comment ils permettent de générer une force d’appui aérodynamique. Une voiture de Formule 1 doit accomplir deux objectifs principaux : prendre des virages à très grande vitesse et être extrêmement rapide en ligne droite.

La difficulté réside dans le fait que l'optimisation de l'un de ces aspects rend l'autre plus difficile à réaliser.

L'écurie qui parvient à trouver le meilleur équilibre entre ces deux exigences remporte la course.

Pour prendre un virage rapide, une forte adhérence au sol est nécessaire, ce qui est obtenu grâce à l'appui aérodynamique.

En fait il faut penser à une voiture de Formule 1 comme à un avion à l'envers : dans un avion, l'air qui passe sur les ailes le soulève, alors que dans une F1, l'air qui passe au-dessus de la voiture pousse cette dernière vers le sol.

C’est d’ailleurs pour cette raison que la forme particulière des ailerons d’une F1 est appelée profil aérodynamique inversé. Pour générer cet appui, il faut une différence de pression entre le dessus et le dessous de la voiture.

C’est la le rôle de l‘aérodynamisme. Tout d’abord L'aileron arrière est conçu pour modifier la trajectoire de l'air circulant autour de la voiture.

Sa forme incurvée est soigneusement étudiée pour créer un profil aérodynamique efficace.

Cette forme génère un différentiel de pression entre le dessus et le dessous de l'aileron, ce qui crée une force ascendante, ou appui, qui plaque la voiture au sol. L'aileron avant est un autre élément crucial de l'aérodynamisme en Formule 1. Contrairement à l'aileron arrière, son rôle est plus complexe et multifonctionnel.

L'aileron avant est positionné de sorte à diriger l'air vers différents endroits stratégiques, notamment le moteur, l'aileron arrière et les côtés de la voiture.

En fournissant un flux d'air directionnel, l'aileron avant assure à la fois un refroidissement adéquat du moteur et une alimentation en air efficace pour les autres composants aérodynamiques de la voiture.

En plus de diriger l'air, l'aileron avant est également conçu pour compenser les perturbations générées par les roues en rotation.

Lorsque les roues tournent à haute vitesse, elles créent des tourbillons d'air turbulents qui pourraient perturber le flux d'air autour de la voiture. L'aileron avant est configuré pour minimiser ces turbulences et maintenir un flux d'air laminaire sous la voiture, ce qui est essentiel pour améliorer l'adhérence dans les virages. Ensuite, le théorème de Bernoulli fournit un cadre essentiel pour comprendre l'effet Venturi et son rôle dans le maintien des voitures de Formule 1 sur la piste à des vitesses élevées.

Le théorème de Bernoulli est une loi fondamentale de la mécanique des fluides qui énonce la conservation de l'énergie le long d'un écoulement de fluide : en gros pour un écoulement de fluide parfait, lorsque la vitesse de ce fluide augmente, la pression diminue et inversement.

Il établit une relation entre la pression, la vitesse et l'altitude d'un fluide en écoulement.

Dans le contexte des voitures de Formule 1, le théorème de Bernoulli est essentiellement utilisé pour expliquer l'effet Venturi.

L'effet Venturi c’est lorsqu'un fluide, tel que l'air, passe à travers une section de forme conique, sa vitesse augmente.

Et c’est les ailerons de la F1 qui viennent simuler la forme conique en resserrant le passage de l’air passant en dessous faisant ainsi augmenter sa vitesse créant un différentiel de pression. Calculons alors la force d’appui d’une F1 à pleine vitesse : Tout d’abord calculons le poids P d’une voiture de formule 1 de masse 750.... »