Le principe de l'effet de sol en détails
Plan de l'article :
L'effet de sol est une innovation aérodynamique arrivée assez tard dans l'histoire de l'automobile. Cette méthode novatrice se distingue donc de l'appui traditionnel exercé par un aileron qui génère de la force vers le bas en s'appuyant sur l'air au-dessus de la voiture. L'effet de sol va au contraire travailler sous la voiture d'une manière assez originale comme vous allez le voir...
Le principe technique de l'effet de sol
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Le phénomène d'effet de sol crée une dépression sous la voiture, à savoir une aspiration, augmentant ainsi l'adhérence de la voiture à la route. De la même manière qu'un embout d'aspirateur se colle quand on l'approche d'une surface plane, l'effet de sol provoque une aspiration du dessous de caisse vers la route. C'est donc ici la même chose mais sans nécessité d'un appareil qui qui aspire de l'air comme vous le savez déjà.
Cette manière de faire permet à certaines voitures, et on l'oublie souvent, de conserver une apparence esthétique tout en offrant un appui aérodynamique crucial à haute vitesse.
L'effet de sol repose sur la conception du fond plat et du diffuseur arrière. Le fond plat de la voiture est conçu pour canaliser l'air de manière fluide sous le véhicule, tandis que le diffuseur arrière permet une expansion rapide de l'air en sortie. Cette différence de vitesse de l'air entre l'avant et l'arrière crée une zone de basse pression sous la voiture, générant ainsi un effet d'aspiration. Ce phénomène physique améliore l'adhérence des pneus en accroissant le poids de la voiture de manière artificielle (aérodynamique), tout en offrant en plus une meilleure stabilité à haute vitesse et une meilleure maniabilité dans les longues courbes prises à grande vitesse.
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Il peut être accentué par la chaleur des gaz d'échappement. Ce concept est basé sur le principe de fluides dynamiques où la chaleur influence la densité et la viscosité de l'air. Lorsqu'il est utilisé correctement, l'échappement chaud peut créer une accélération supplémentaire de l'air sous la voiture, renforçant ainsi l'effet de dépression et augmentant l'adhérence. Cette technique est connue sous le nom de soufflage des échappements et a été utilisée en F1. En dirigeant les gaz d'échappement vers le diffuseur arrière, l'air chaud et à haute vitesse aide à extraire l'air sous la caisse plus rapidement, ce qui intensifie la dépression et génère un appui supplémentaire. Cependant, cette technique nécessite une ingénierie précise pour éviter des effets secondaires indésirables, comme une surchauffe ou une déstabilisation aérodynamique.
Contrairement aux ailerons, l'effet de sol ne permet hélas pas de réglages potentiels pour ajuster l'appui. Un aileron actif comme celui de la Bugatti Veyron (entre autres), peut moduler l'appui en fonction des vitesses et des besoins. Il permet aussi de réduire les distances de freinage en se mettant le plus vertical possible.
L'effet de sol, en revanche, est statique et ne peut être ajusté en temps réel. Il permet toutefois de ne pas augmenter la trainée et donc d'être plus efficient, un avantage pour les supercars qui roulent à bon rythme sur l'autobahn, là où la consommation réduit de manière significative l'autonomie.
Il est bien entendu possible de cumuler l'effet de sol avec un aileron pour maximiser l'efficacité aérodynamique, ce qui est courant dans les voitures de compétition.
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Dans quelle proportion ?
En termes de valeurs chiffrées, l'effet de sol peut générer une force d'appui très importante. Par exemple, une voiture de tourisme équipée peut produire un appui supplémentaire de plusieurs centaines de kilogrammes. Dans le cas des Formule 1, cet appui peut atteindre 1.5 tonnes, améliorant considérablement l'adhérence et la performance en virage à "extrême haute vitesse" (proposant une manoeuvrabilité qui n'a rien à voir avec tout ce qui peut rouler, laissant croire que l'engin n'a plus de poids ni de limite d'adhérence, bien qu'il y en ait toujours évidemment).
Historique
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L'effet de sol a été introduit pour la première fois en compétition automobile dans les années 1970. La Lotus 78 (F1), conçue par l'ingénieur Colin Chapman, est souvent citée comme la première voiture à utiliser ce principe. Le succès de cette innovation a rapidement été adopté par d'autres écuries de Formule 1. Par la suite, certaines voitures de série ont également intégré des éléments d'effet de sol pour améliorer la performance sans compromettre le design.
Anecdotes
Le Venturi inversé naturel : L'effet de sol tire son nom et son principe de fonctionnement de la tuyère de Venturi, un dispositif utilisé pour mesurer le débit de fluides. Cependant, dans le cas des voitures, il s'agit d'un "Venturi inversé" où l'air accélère sous le véhicule, créant une dépression.
Le problème des "porpoising" : Dans les premières tentatives d'implémentation de l'effet de sol, les ingénieurs ont rencontré un phénomène appelé "porpoising" (du verbe anglais to porpoise, signifiant se déplacer comme un marsouin). Ce phénomène se manifeste par des oscillations verticales de la voiture dues à des variations soudaines de l'effet de sol, rendant la conduite extrêmement difficile.
Jupes latérales rétractables : Pour maximiser l'effet de sol, certaines voitures de Formule 1 dans les années 1980 utilisaient des jupes latérales rétractables qui scellaient les bords du fond plat au sol, empêchant l'air de s'échapper et augmentant ainsi l'aspiration. Ces jupes étaient souvent conçues pour être en contact constant avec la piste, malgré les irrégularités de la surface.
Chaleur des freins et gaz d'échappement : En plus des gaz d'échappement, certains ingénieurs ont exploité la chaleur des freins pour accentuer l'effet de sol. La chaleur dégagée par les freins peut aider à maintenir les pneus et les composants aérodynamiques à des températures optimales, améliorant ainsi les performances globales.
Interdictions et restrictions : L'effet de sol a été tellement efficace qu'il a conduit à des interdictions partielles dans diverses compétitions. En Formule 1, par exemple, les jupes mobiles ont été interdites en 1983, et des restrictions sur les designs de fonds plats ont été imposées pour des raisons de sécurité.
La surprise des pilotes : Les pilotes qui passaient des voitures sans effet de sol aux voitures équipées de cette technologie rapportaient souvent une sensation de "collage" à la route, particulièrement dans les virages à haute vitesse. Cette sensation était très différente de ce à quoi ils étaient habitués, nécessitant une adaptation à leur style de conduite.
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