Le châssis et ses composantes annexes

1. Le châssis
2. Le cockpit
3. La carrosserie

1 - Le châssis

Le châssis de la voiture, monocoque ou tubulaire, est la partie centrale de la voiture où tout est rattaché. Il comprend le pilote, donc il doit être capable d'absorber de gros chocs, mais ne peut peser que 35 kg !

Le châssis tubulaire, comme beaucoup de pièce dans une F1, est fait en fibre de carbone (85% de la voiture en est composé). Ce matériau d'abord développé par l'aérospatiale est 5 fois plus léger que l'acier et 2 fois plus résistant. Il est idéal pour la conception de Formule 1 ou d'avions. Le châssis doit donc pouvoir résister aux forces très importantes produites par les vitesses élevées, les secousses et la charge aérodynamique imposés à la voiture.

La procédure pour fabriquer des pièces en carbone est la suivante : Le baquet est d'abord conçu sur un logiciel de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) puis une machine contrôlée par ordinateur découpe des morceaux d'ureol pour en faire un moule (procédé au laser : ces moules sont fait en quelques minutes). L'ureol n'est pas très différent du bois, mais c'est un matériel synthétique qui n'absorbe pas l'eau. Il est également moins granuleux et ne se transforme pas avec la température, ainsi des modèles très précis peuvent être faits.

Ces modèles de châssis sont alors couverts de fibres de carbone pour créer le moule final à partir duquel le châssis sera conçu. La fibre de carbone est entreposée en rouleaux et doit être réfrigérée jusqu’à son utilisation. On applique ensuite de la résine et un durcisseur sur les parties à agencer afin de former un tout. Une fois le moule obtenu, il est poli dans toute sa partie intérieure puis enduit de lubrifiant pour faciliter le démoulage du baquet final. Le moule est soigneusement rempli de couches de fibres de carbone.

Les fibres de carbone se présentent comme n'importe quels tissus mais ils peuvent être chauffées, leur procurant alors une incroyable solidité. La façon dont ces fibres sont disposées est très importante car les fibres jouent un rôle primordial dans l'absorption des efforts et des forces subies par la monoplace vers d'autres parties du châssis. La fibre est travaillée pour s'adapter exactement au moule du châssis.

Le nombre de couches souhaité atteint, le moule est alors mis dans une machine à vide (sac hermétiquement fermé et pressurisé) pour littéralement sucer la couche de carbone afin de l'adapter le plus possible au moule. Le nombre de couche nécessaire diffère d'une zone à une autre, plus les pièces sont soumises à des contraintes importantes, plus elle aura de couches. Le nombre moyen est d'environ douze couches. Pour renforcer la rigidité, une couche en nid d'abeille d'aluminium est positionnée au milieu des couches de carbone.

Une fois le nombre correct de couches appliquées, le moule est mis dans un four autoclave où il est chauffé et pressurisé. Le four autoclave a la particularité de pouvoir faire un vide partiel et de pouvoir changer l'atmosphère qui y règne en la remplaçant par d'autres gaz dont les atomes se fixent sur les pièces. Cela peut ce produire juste sur la surface des pièces, ou même pénétrer la pièce et ajouter de nouvelles caractéristiques aux matériaux. Les températures élevées libèrent la résine des fibres et la haute pression (plus de 100 psi) scotche les couches entre elles. Tout au long de ce processus, les fibres durcissent et se solidifient pour un résultat final atteint au bout de deux heures et demi. Quand tout est terminé, on ponce et on peint les pièces aux couleurs de l’équipe.

Chaque pièce en carbone doit être testée avant de l’utiliser afin de prévenir tout défaut, car si une pièce lâche à 350 km/h, cela peut devenir très dangereux pour le pilote.

Un atelier de ce genre peut coûter jusqu’à $50 millions car en plus d’y fabriquer toutes les pièces en carbone pour une monoplace, on y fabrique aussi toutes les pièces réduites pour les tests en soufflerie. Inutile de dire que seules les équipes fortunées peuvent se permettre un tel laboratoire.

On insère le moule du châssis dans le four autoclave

Châssis complet avec les suspensions

Le châssis est peint aux couleurs de l’équipe

2 - Le cockpit

L'environnement du cockpit dans une Formule 1 est très spartiate. Le pilote doit être confortablement installé pour pouvoir se concentrer sur sa conduite tout en étant solidement attaché, encaissant jusqu'à 5 G lors des gros freinage et 4 G dans les courbes rapides.

Tous les boutons et potentiomètres doivent être à portée de main immédiate car le pilote, enserré par son harnais, ne peut pas bouger. Le cockpit étant très étroit il porte souvent des genouillères pour prévenir les chocs (Häkkinen en portait).

Les ingénieurs tentent par tous les moyens d'abaisser le centre de gravité des voitures. Un pilote représentant environ 12% du poids à sec, il constitue un facteur important dans la répartition des masses. Sa position de conduite sera donc la plus basse et la plus allongée possible (on peut dire que les pilotes ont les fesses au sol).

La mode des museaux surélevés en F1 faisait d'ailleurs dire à l'un d'eux qu'il avait l'impression d'être allongé dans sa baignoire les pieds sur le robinet. Assis si bas, la visibilité est très souvent réduite et les pilotes les plus petits ne voient que le haut des roues avant. Dans cette situation se positionner correctement sur la grille de départ peut poser problème, et c’est pourquoi on voit des mécaniciens lever la main lors des arrêts au stand pour signifier au pilote qu'il est bien placé.

Le pilote doit pouvoir atteindre les boutons du volant facilement. Remarquez le harnais qui tient le pilote aussi fermement qu’un pilote de chasse ou un astronaute à bord de sa navette spatiale.

On doit pouvoir faire certains ajustements dans le cockpit et être assez à l’aise pour pouvoir observer ce que font les autres pilotes durant une séance de qualification, afin d’être toujours prêt pour un départ stratégique.

Le siège d'une F1 est fait sur mesure pour le pilote. Le moulage se fait comme suit : le pilote s’assoit dans un "sac" à l'intérieur de la voiture qui contient une substance qui se fixe aux formes du pilote. Une fois durci et découpé, on le renforce avec de la résine.

Les ceintures de sécurité sont en fait des harnais à 5 points d'ancrage, comme dans un avion de chasse. Ils sont attachés par une boucle sur le devant du pilote afin de le détacher rapidement en cas de problème. Un mécanicien doit aider le pilote dans la voiture car il ne peut pas attraper les harnais. En cas de gros accident, cette ceinture doit être capable d'absorber une partie du choc et d'empêcher la tête du pilote de se cogner contre le volant.

Le pilote est couché dans sa voiture un peu comme dans une baignoire avec les pieds sur les robinets.
Dimensions de la cellule de survie

3 - La carrosserie

La carrosserie comprend tout ce qui recouvre les pièces de la voiture. Elle inclut le revêtement du châssis, les ailerons, les pontons et le capot qui comprend la prise d’air au-dessus du pilote. Le tout est fabriqué en fibre de carbone de la façon indiquée plus haut.

C’est probablement la partie de la voiture la plus étudiée pour l’aérodynamisme car c’est elle en grande partie qui fera écouler l’air autour de la voiture. Chaque partie de la carrosserie a son rôle : les ailerons provoquent de l’appui (freinent la voiture), les pontons et la bouche d’aération font entrer l’air pour refroidir le moteur tout en résistant le moins possible au passage de l’air, et le reste est étudié pour faire glisser l’air tout autour de la voiture. Les images suivantes montrent les parties les plus importantes de la carrosserie.

Châssis complet avec les suspensions et les pontons.	Châssis complet avec toute la partie arrière.
Les ingénieurs travaillent sur la voiture.	On y a ajouté le museau.
Le capot de la voiture. Remarquez la sortie pour les tuyaux d’échappement et les winglets précédant les pneus arrières.	La voiture est complète et prête à partir.
La prise d’air au-dessus du pilote.	Le volant est également fabriqué en fibre de carbone et comprend toutes les commandes nécessaire pour piloter la monoplace dont les changements de vitesses illustrés par les chiffres 1 et 2
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