TECH TUESDAY : La Lotus 79, la merveille à effet de sol de la F1

En 2022, la Formule 1 se lancera dans une nouvelle ère d’effet de sol au milieu d’une nouvelle série de changements radicaux de règles. Dans cet article publié pour la première fois en août 2018, Mark Hughes et Giorgio Piola se penchent sur le tour de force technologique qu’a constitué la Lotus 79 – la voiture qui a permis à Mario Andretti de remporter le titre de champion du monde des pilotes en 1978, le premier titre remporté par une Formule 1 dotée de la technologie à effet de sol…

L’idée d’utiliser le dessous d’une voiture de course pour générer une pression négative et aspirer efficacement la voiture vers la piste avait été exploitée pour la première fois dans la série de voitures de sport Can-Am dans les années 1960. Mais il s’agissait de voitures dont la carrosserie était large et entourait les roues.

L’application de ce principe à une monoplace à roues ouvertes et à carrosserie mince semblait initialement irréalisable. La voiture qui a fait cette percée est la Lotus 78 de 1977, qui a fait entrer la F1 dans l’ère de l’effet de sol. Il y a quarante ans, la Lotus 79, successeur de la 78, est devenue la première voiture à effet de sol à remporter le championnat du monde, avec Mario Andretti au volant.

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Les proportions de la 78 (comme on peut le voir sur l’image ci-dessous) étaient très différentes de celles de ses contemporaines, et c’est là que se trouve l’indice du fonctionnement radicalement différent de son aérodynamisme.

Le tube central était inhabituellement étroit et les boudins latéraux occupaient une proportion bien plus grande de la largeur de la voiture, tandis que des jupes couraient le long du bas de ces boudins latéraux – des brosses à l’origine, puis du nylon solide.

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Ces jupes devaient assurer l’étanchéité entre le soubassement et la route, un élément crucial pour la propagation de la pression négative sous la voiture. Cette pression négative était créée par la forme interne des boudins latéraux, qui avaient une ouverture à l’avant, près de la suspension avant, apparemment pour alimenter les radiateurs qui y étaient placés.

Cependant, c’est l’emplacement et l’angle de ces radiateurs, ainsi que la forme des réservoirs de carburant auxiliaires également logés dans les sidepods, qui ont créé la forme de venturi interne si cruciale pour exploiter le flux d’air.

Le canal par lequel l’air passait changeait de section au fur et à mesure qu’il revenait en arrière, avec une entrée étroite s’ouvrant sur une « gorge » centrale, puis une nouvelle expansion soudaine dans un diffuseur à la sortie du sidepod, juste devant la roue arrière et la suspension.

L’écoulement de l’air suit le principe de Bernoulli selon lequel la pression diminue à mesure que la vitesse augmente – la forme du venturi manipulant l’écoulement de l’air pour accélérer et ainsi réduire la pression. Mais en plus, la proximité du sol de l’entrée du sidepod amplifie massivement l’effet en accélérant l’air qui est aspiré par le petit espace entre la surface de la piste et le bas du radiateur.

L’augmentation de la vitesse de l’air au fur et à mesure que l’espace entre la surface de la route et l’ouverture se rétrécit est beaucoup plus que proportionnelle – c’est-à-dire qu’il accélère très soudainement lorsque l’espace se réduit à presque rien (d’où « l’effet de sol »).

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Les jupes empêchant alors l’air de s’échapper par les côtés, l’accélération de l’air dans le canal – et donc sa réduction de pression – était spectaculaire. Cette baisse de pression s’est appliquée sur toute la largeur du plancher.

La différence entre la pression de l’air sous le plancher et celle du flux d’air libre beaucoup plus élevé au-dessus signifiait que la voiture était effectivement aspirée vers le sol. De plus, cette force d’appui ne créait pratiquement aucune traînée, contrairement à celle créée par les ailes de la partie supérieure de la carrosserie qui exerçaient une pression sur la voiture.

Les ingénieurs Peter Wright et Tony Rudd avaient travaillé sur le concept dans une soufflerie lorsqu’ils étaient dans l’équipe BRM à la fin des années 60, mais ce modèle n’avait pas de jupes et l’étude a été abandonnée.

Au milieu des années 70, ils étaient chez Lotus, et lorsque le patron de l’équipe, Colin Chapman, leur a confié la tâche de reconsidérer la configuration de base d’une voiture de F1, ils se sont souvenus de leurs expériences avec BRM et sont allés en soufflerie pour approfondir leurs recherches.

Les premières expériences sans jupes sont prometteuses. Mais lorsqu’il est équipé de jupes, le modèle tire en fait la courroie mobile de la soufflerie vers le haut – et c’est le moment magique où ils réalisent qu’ils ont déchiffré le code de l’effet de sol sur un monoplace à roues ouvertes.

Travaillant autour de ce concept, la voiture a été conçue par Ralph Bellamy et Tony Southgate et a été testée en secret avec Mario Andretti à la mi-1976. Elle a fait ses débuts lors de la course d’ouverture de la saison 1977, en Argentine, et Andretti a donné à la voiture sa première victoire à Long Beach trois courses plus tard.

La force d’appui générée par le plancher est une multiplication de la pression négative et de la surface sur laquelle elle est appliquée. Par conséquent, non seulement la voiture avait la largeur maximale autorisée par le règlement, mais son empattement était également plus long que ce qui était typique à l’époque, afin d’obtenir la longueur maximale du plancher.

Au départ, des brosses en nylon fortement comprimées étaient utilisées comme jupes latérales, car on doutait que les jupes pleines soient autorisées, car elles devaient être mobiles pour s’adapter aux bosses de la piste et aux changements d’attitude de la voiture.

Les dispositifs aérodynamiques mobiles sont interdits.

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Les brosses étaient évidemment plus poreuses, permettant à l’air de s’échapper, mais quand on a fait remarquer que Brabham et McLaren avaient utilisé des jupes en caoutchouc quelques années auparavant (dans le but complètement différent de détourner l’air du dessous du plancher), on a réalisé qu’un précédent avait été créé, et bien que la voiture ait été lancée avec les brosses « anti-courants d’air », elle a couru avec des jupes en nylon solide.

Celles-ci maintenaient une étanchéité avec la piste, même sur les bosses et même lorsque la voiture se cabrait, plongeait et roulait. Ceci était réalisé grâce à un mécanisme à ressort, aspiré par le plancher à basse pression et poussé vers le bas par les ressorts. Pour éviter une usure excessive, le bas des jupes était doté de bandes résistantes semblables à du téflon. Celles-ci ont été remplacées plus tard par des pointes en céramique encore plus résistantes.

Il a fallu quelques courses avant que le potentiel de la voiture ne se manifeste pleinement. Au début, elle n’était pas plus que compétitive avec les meilleures voitures conventionnelles. La forme du venturi était fixe et ramenait le centre de pression aérodynamique vers l’avant, ce qui nécessitait un aileron arrière plus grand pour équilibrer la voiture, ce qui signifiait qu’elle souffrait d’une forte traînée et était lente sur les lignes droites.

Mais dans les virages, Andretti et son coéquipier Gunnar Nilsson bénéficiaient d’un avantage d’environ 15% sur les autres.

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A Zolder, pour la cinquième manche, Andretti a signé la pole avec une marge de 1,5s sur la Brabham-Alfa de John Watson – et le monde de la F1 a finalement réalisé qu’il y avait quelque chose de très délicat avec la 78.

Chapman n’était pas présent lorsque Andretti a réalisé ce temps, et lorsqu’il s’est présenté plus tard, il était furieux contre son pilote pour avoir révélé l’étendue de l’avantage de performance de la voiture.

Nilsson remporte cette course et Andretti en gagnera trois autres par la suite.

Il aurait pu en remporter beaucoup d’autres, mais le manque de fiabilité des moteurs Cosworth Nicholson, développés spécialement par Andretti, l’a empêché de remporter le titre de cette année-là, qui a été remporté par Niki Lauda sur une Ferrari sans effet de sol.

L’année suivante, les défauts les plus évidents de la 78 ont été corrigés par un nouveau design, la Lotus 79 (voir image ci-dessus), mais la 78 a été utilisée en début de saison et était toujours la plus rapide, Andretti et Ronnie Peterson remportant une course chacun avec elle. Avec ces victoires et d’autres plus tardives avec le modèle 79, Andretti et Peterson ont terminé à égalité au championnat des pilotes de 1978 (bien que Peterson ait été tragiquement tué à Monza alors qu’il restait deux courses à disputer).

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La Lotus 78 avait initié une révolution et ce concept de voiture allait apporter des gains de plus en plus spectaculaires au fur et à mesure que le principe était exploité au fil des ans – jusqu’à ce qu’il soit finalement interdit par la réglementation sur les fonds plats de 1983.

Avec le temps, les équipes ont trouvé des moyens de créer un effet de sol sous le plancher sans venturis ou jupes latérales, mais ce sont les Lotus 78 et 79 qui ont montré ce qu’il y avait à gagner.