La boîte de vitesses en Formule 1

Parmi la myriade de changements dans le règlement 2011, il y a le fait qu’une boîte de vitesses doit maintenant tenir pendant 5 Grands Prix consécutifs au lieu de 4. De plus les équipes doivent choisir 30 options de rapports de boîte avant le début de la saison, qui doivent couvrir les demandes des 19 circuits, que ce soit pour les virages les plus lents à Monaco ou pour les longues lignes droites de Monza, DRS activé.

Comme le circuit de Valence est l’un des plus contraignants du calendrier concernant la boîte, il est temps de se pencher un peu plus sur cet élément mécanique fondamental d’une Formule 1.

Quels sont les challenges posés par Valence en la matière ?

Ce circuit impose 64 changements de rapport par tour, seul Singapour est plus exigeant avec 71. Cela donne un total de 3648 changements pour une course complète alors que la moyenne de la saison est d’environ 3100. Les pilotes changent de rapport tous les 85 mètres en moyenne. Le plus exigeant dans ce domaine est Monaco, avec ses rapports très courts : 1 changement tous les 61 mètres en moyenne. Le moins exigeant est Spa, avec 143 mètres.

Quelle est la différence entre 2011 et 2010 ?

Les boîtes doivent tenir 5 courses au lieu de 4. L’an passé une boîte devait couvrir entre 2100 et 2500 kilomètres, en 2011 c’est entre 2600 et 3000. Pendant son cycle de 5 courses, une boîte de vitesses aura "hébergé" 25000 changements de rapports environ.

Quelles sont les courses les plus dures pour les boîtes de vitesses ?

Les plus dures sont Monaco, Singapour et Abu Dhabi, où les boîtes changent de rapport en moyenne tous les 61, 71 et 82 mètres respectivement. Ce qui rend une course dure pour la boîte c’est non seulement le nombre de changements de rapport mais aussi les accélérations depuis les basses vitesses, qui imposent un couple important. A Monaco et à Singapour, les pilotes changent de vitesses plus de 4000 fois par course.

Sur les circuits lents, les rapports de boîte ne sont pas longs, ce qui impose à la boîte de forts niveaux de couple moteur sur des périodes plus longues. La voiture passe aussi davantage de temps sur les petits rapports, ce qui accélère l’usure des roulements. La boite subit aussi de forts pics de couple à chaque changement, donc plus il y a de changements, plus la boite souffre.

A quelle température une boîte de vitesses fonctionne-t-elle ? Quelles forces doit-elle transmettre ?

La boîte fonctionne typiquement à une température d’environ 130° et elle doit transmettre une force équivalente à 5000 Nm aux cardans. Une boite pèse moins de 40 kilos et comprend environ 500 pièces. Cela n’inclut pas que les fonctionnalités de la boîte mais aussi tout ce qui s’y attache comme les points de fixation des suspensions arrière, la structure d’impact à l’arrière et tous les composants hydrauliques.

Quelle est la vitesse du changement de rapport dans une F1 moderne ?

En termes de transmission du couple, il n’y a plus de rupture. Par contre pour que les éléments mécaniques se placent correctement, il faut un peu moins de 5 centièmes, un tiers du temps nécessaire à un clignement de l’œil. A 250 km/h, une F1 aura parcouru 3,5 mètres pendant ce temps, soit l’équivalent des deux tiers de la longueur de la monoplace.

L’article 9.6.2 du règlement technique impose un sélection de 30 rapports de boîte pour l’ensemble de la saison. Comment sont-ils choisis ?

Cette règle doit être clarifiée. Ce n’est pas 30 rapports mais 30 jeux de rapports. Dans cette limite, on peut adapter entre chaque course les jeux de rapports selon les caractéristiques. On choisit les 30 jeux lors des essais hivernaux, avec les pilotes et les simulateurs. Chaque pilote a les mêmes 30 jeux à sa disposition.

Comment sélectionne-t-on les rapports de boîte sur un circuit particulier ?

La première partie du processus consiste à choisir la longueur du rapport le plus long, ce qui est fait en simulant différentes inclinaisons l’aileron arrière, sans compter le compromis à avoir entre le DRS activé ou non : si on optimise sans le DRS, le pilote risque de se retrouver trop longtemps au rupteur alors que l’autre scénario, un rapport trop long, il va perdre trop de temps. Sur les circuits à haut niveau d’appuis, le DRS peut accroitre la vitesse de pointe de 15 km/h alors que sur des circuits comme Montréal, la variation n’est pas aussi grande. Un DRS activé peut faire prendre jusqu’à 1000 tours / minute supplémentaires.

Le reste des rapports est déterminé après avoir roulé sur le circuit dans le simulateur. Les rapports doivent permettre de fournir suffisamment de couple à la sortie sans faire trop tomber le moteur en bas des tours. Si le rapport est trop court, il devient difficile pour le pilote de contrôler le patinage des roues ou cela peut rendre la voiture trop nerveuse à l’entrée du virage. Quand on arrive sur le circuit on prend un jeu de rapport adapté à l’adhérence et à la direction du vent. Ensuite, parmi les 30 jeux disponibles, on peut encore changer librement de rapports. Et après la libre 2, l’équipe n’a plus que 2 heures pour sélectionner son jeu de rapports de boite pour le reste de l’épreuve.