Toutes les voitures de course possèdent au moins un aileron. Les voitures de tourisme possèdent un aileron arrière, et les monoplaces en possèdent deux : un avant et un arrière. Mais, à quoi servent-ils ?

Un problème d’adhérence

Une voiture de course est faite pour aller le plus vite possible. C’est un concentré de technologie et d’ingéniosité, afin d’optimiser la vitesse de la voiture au maximum. Tous les moyens sont bons pour gagner quelques dixièmes de seconde au tour. Imaginez-vous au volant d’une voiture vendue dans le commerce, sans aileron. Vous allez sur un circuit en tentant de passer le premier virage pied au plancher. Il y a de fortes chances que vous dérapiez, et alliez dans le décor ! Les pneus permettent à votre voiture d’adhérer au sol grâce au phénomène de friction avec le bitume. Mais, cette adhérence peut être perdue à cause d’une vitesse trop élevée car l’inertie de la voiture ne pourra pas être compensée par l’adhérence des pneus. Deux solutions s’offrent à nous pour passer le virage le plus vite possible, sans sortie de route :

  • Diminuer la vitesse de la voiture
  • Augmenter l’adhérence des pneus avec le sol

Diminuer la vitesse du véhicule serait tout de même pénalisant en matière de performance. La seule solution est d’augmenter l’adhérence des pneus avec le sol.

Un peu de mécanique du solide et de mécanique des fluides

Augmenter l’adhérence des pneus revient à augmenter la force de frottements entre le pneu et le sol.  La force de frottement est tangente au sol et est communément appelée « Réaction tangentielle« . Cette dernière est proportionnelle à la force de réaction du support, qui est perpendiculaire au sol, nommée : « Réaction Normale« .

L’expression mathématique est la suivante : T = μ x N

Avec la réaction tangentielle, N la réaction normale et μ une constante.

Cette relation est très instinctive. En effet, si vous déplacez votre main à plat sur la table, plus vous exercerez une pression importante sur la table (plus N sera élevé) plus il sera difficile de la déplacer (plus F sera élevé). Il faut donc arriver à « plaquer au sol » la voiture afin d’augmenter la réaction normale (N) pour augmenter la force de friction (F), et ainsi éviter le dérapage au premier virage.

L’appui aérodynamique

À des vitesses aussi importantes, les voitures de course interagissent fortement avec l’air qui les entoure. Les ingénieurs se sont servis de cette interaction afin de plaquer au sol la voiture. En effet, vous n’êtes pas sans savoir qu’un avion vole grâce à la géométrie de ses ailes et sa vitesse. Une aile engendre une force verticale (nommée portance) grâce sa vitesse dans l’air. Il suffit donc de retourner l’aile afin d’obtenir une force en direction du sol. Cette force verticale en direction du sol est l’appui aérodynamique. Un aileron n’est rien d’autre qu’une aile à l’envers !

Profil d’aile à gauche Profil d’aile à l’envers à droite

L’appui aérodynamique qu’engendrent les ailerons sur une formule 1 est telle que cette dernière pourrait rouler au plafond !

L’aileron peut également être incliné à la guise de l’ingénieur, afin d’augmenter ou de diminuer cette force verticale. Mais attention, plus la force verticale qui plaque la voiture au sol est élevée, plus la force de résistance à l’air est élevée (force de traînée). Pour aller vite dans les virages,  un appui aérodynamique élevé est nécessaire, ce qui a pour effet d’augmenter l’adhérence dans le virage. Cependant,  une force de résistance à l’air (force de traînée) d’autant plus présente. Cette dernière s’oppose au mouvement de la voiture, ce qui ralentit cette dernière  en ligne droite. Il faut donc trouver un compromis entre « aller vite dans les virages » et « aller vite en ligne droite ». C’est pourquoi le réglage des ailerons est propre pour chaque circuit en Formule 1.

Illustration de l’appui aérodynamique d’une Formule 1

Les ailerons fonctionnent donc comme une aile d’avion mais à l’envers. Ils permettent de plaquer la voiture au sol afin d’augmenter son adhérence. Cependant, les ailerons n’ont un effet qu’à partir d’une vitesse élevée. Ils ont donc parfois une valeur purement esthétique.