Si conduire une voiture de course fait rêver, les coulisses de la fabrication d’un tel bolide sont tout autant impressionnantes. La conception d’une monoplace est le fruit d’un travail rigoureux et minutieux qui s’appuie sur la recherche et développement en matière de technologie de pointe et d’innovation mécanique. C’est un travail colossal. On estime à plus d’un an le temps nécessaire à la construction de l’une de ces belles voitures sportives, de l’ébauche des plans à l’arrivée sur les pistes. Puisque le règlement technique imposé chaque année lors des Grands Prix reste généralement identique à celui des années précédentes, les écuries de F1 se basent sur le modèle de l’année N-1 pour la construction.
Construction d’une monoplace, étape no 1 : conception des plans
Chaque année, les grands constructeurs automobiles spécialisés dans la voiture de course commencent par définir les grandes orientations techniques de la monoplace. Durant cette phase de conception, les ingénieurs se concentrent sur les pièces qui subiront le moins de variations, comme le réservoir, le moteur et la transmission ; puis ils s’attellent aux éléments qui subiront des améliorations. Tout ceci est posé noir sur blanc.
Après avoir élaboré le concept global de la monoplace de Formule 1 et établi un calendrier de production, les ingénieurs vont dessiner chacune des quelque 20 000 pièces qui composent une Formule 1. 150 000 heures de travail et 19 000 dessins en CAO – conception assistée par ordinateur – seront nécessaires. La phase de design des éléments non mécaniques comme la carrosserie, l’aileron et la monocoque doit intégrer des contraintes physiques comme les volumes, afin de produire une aérodynamique efficace, et la rigidité pour obtenir une structure solide. Pour tester la résistance ou la performance des accessoires mécaniques, les concepteurs utilisent la méthode des « éléments finis », menée sur ordinateur. Cette analyse par logiciel 3D consiste à soumettre les éléments d’une pièce à une série de charges et à observer leur réaction. En résulte alors une image qui indique les niveaux de déformation. C’est une phase essentielle pour améliorer le résultat final.
Construction d’une monoplace, étape no 2 : construction des pièces
Une fois le schéma établi et validé, il ne reste plus qu’à concevoir les pièces. On estime qu’il faut près de 4 500 pièces pour assembler un châssis. Les ingénieurs s’attellent à dénicher le matériau le plus performant, léger et résistant à fois.
La phase de dessin produit une image en trois dimensions de la voiture, qui spécifie les dimensions de toutes les pièces et leur agencement. Ces informations sont ensuite traitées par un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO) qui crée le programme de pilotage d’une machine-outil à commande numérique. Il indique les phases d’usinage des pièces métalliques, les mouvements de coupe ou la confection du moule en carbone.
Parmi les éléments de l’ossature d’une monoplace, la monocoque et la transmission sont les premiers éléments à entrer en production. Ensuite viennent les suspensions et les ailerons. Les dernières pièces à être fabriquées sont celles de la carrosserie, comme le capot moteur. Parallèlement à la production, les concepteurs dessinent le circuit électrique.
Conception du châssis
Le châssis est l’ensemble formé par la monocoque, le réservoir et les suspensions avant. Chaque constructeur veille à obtenir un aérodynamisme optimal en jouant sur le design, la répartition de la charge sur les pneus, mais aussi le poids global grâce à des matières légères comme la fibre de carbone.
Fabrication du moteur
En Formule 1, le règlement impose un seul type de moteur. Avant 1996, chaque écurie avait ses préférences : Ferrari faisait confiance aux V12, quand Renault préférait la motorisation V6 Turbo à ses débuts, avant de choisir le V10. En 1996, le règlement s’est durci. Depuis 2013, c’est le V6 Turbo d’1,6 litre qui est roi, associé à des systèmes hybrides. Il existe aujourd’hui quatre constructeurs de moteurs : Mercedes, Ferrari, Renault qui équipe les Renault et les McLaren, et Honda, partenaire exclusif de Red Bull et Toro Rosso.
Réalisation du train roulant
La suspension absorbe les irrégularités de la piste, tout en assurant une bonne répartition de l’adhérence entre les quatre pneus. C’est elle qui gère la dynamique du véhicule, c’est-à-dire le comportement du châssis au freinage, à l’accélération, et lors des changements de direction impulsés par le pilote. Autre élément central du train roulant : la boîte de vitesses, que les ingénieurs se concentrent à améliorer puisque le passage des rapports s’accompagne d’une rupture de charge due à l’embrayage et donc d’une perte de temps sur la course.
Construction d’une monoplace, étape no 3 : assemblage des pièces
Une fois que toutes les pièces ont été fabriquées et vérifiées, elles sont assemblées dans l’atelier de montage, en six étapes. La coque reçoit la direction, le tableau de bord, le faisceau électrique et les composants électroniques, le pédalier, le siège, le harnais, le volant et le réservoir de carburant. Le moteur et les échappements sont ensuite installés. Viennent ensuite les radiateurs et le système de refroidissement. La transmission est assemblée au moteur. Les trains avant et arrière sont ajoutés. L’avant-dernière étape consiste alors à couvrir la monoplace de son capot, pourvu de son aileron, puis à placer son aileron arrière et sa carrosserie complète. Enfin, les roues sont montées.
Construction d’une monoplace, étape no 4 : test et mise en situation
Les aérodynamiciens testent leur prototype sur des modèles à petite échelle en soufflerie. Pour la saison 2020-2021, le Conseil Mondial de la FIA a décidé de limiter le temps consacré au développement aérodynamique en soufflerie et en CFD, simulation aéro par ordinateur. Il s’agit d’une première phase de tests. Les vérifications finales ont lieu sur piste.
La dernière étape avant le roulage est le contrôle de qualité. Sur plusieurs bancs d’essais, les ingénieurs vérifient la programmation du différentiel, le bon fonctionnement du boîtier électronique standard, la stabilité de la barre antiroulis, etc. L’aspect sécurité pour le pilote de F1 est également central : sont analysés le fonctionnement de l’airbag, la ceinture de sécurité, la capacité de torsion des éléments de suspension et du train roulant, etc. Après quelques vérifications sur une ligne droite proche de l’usine, l’écurie entame des essais privés.
C’est toute une batterie de professionnels issus de différents métiers qui travaillent à l’unisson : aérodynamiciens, ingénieurs, designers, soudeurs, carrossiers, pilotes… Pour goûter aux réalités du monde de la F1 et vivre des sensations fortes, il est possible d’effectuer un stage de pilotage en monoplace.
