La gestion de l’énergie des F1 en 2014, un vrai défi

Alain Prost l’a souligné, Christian Horner en a peur : la gestion de la consommation d’essence en 2014 sera primordiale. Couplez à cela des systèmes de récupération d’énergie bien plus efficaces que le KERS actuel et vous obtenez un beau casse-tête à résoudre au mieux pour aller le plus vite possible avec 100 kilos d’essence maximum, quel que soit le circuit, Monaco ou Monza...

"Il y a deux sources d’énergie ; le carburant du réservoir et l’énergie électrique stockée dans une batterie. L’utilisation des deux sources nécessite une gestion très fine car le carburant est limité à 100 kilogrammes au départ de la course et la batterie a besoin d’être rechargée," c’est ce qu’explique Naoki Tokunaga, Directeur Technique des Power Units de nouvelle génération chez Renault.

"En 2014, le débit massique de carburant est limité à 100 kilogrammes par heure. Et la quantité de carburant pour une course est fixée à 100 kilogrammes. Si la voiture utilise son essence au maximum au taux de 100 kg/h, elle ne pourra donc le faire que pendant une heure. Les performances devraient être similaires à 2013, les courses devraient donc durer environ 1h30," rassure-t-il.

"Bien sûr, les circuits et les caractéristiques des monoplaces ne permettent pas aux pilotes d’utiliser toute la puissance disponible sur un tour. Sur chaque circuit, nous pensons que la limitation de la puissance du carburant nécessaire pour une course sera proche des 100 kilogrammes. Dans certains cas, ce sera un peu en-dessous, dans d’autres juste au-dessus. Si ça dépasse, il sera nécessaire de décider comment et quand déployer l’énergie disponible."

La Formule 1 a donc bien abordé la voie de l’hybride ?

"Oui, la monoplace de F1 en 2014 pourrait être classée en tant que véhicule
hybride électrique (HEV), donc un moteur thermique traditionnel avec un propulseur électrique, plutôt qu’un véhicule électrique pur (EV), poursuit Tokunaga.

"Comme d’autres HEV, la batterie du Power Unit est relativement petite, donc si la batterie déployait l’énergie maximum tout au long d’un tour, elle sera à plat au bout de deux tours. Pour pouvoir maintenir ‘en état de charge’ (state of charge – SOC) la batterie, la gestion de l’énergie électrique est aussi importante que la gestion du carburant. Les systèmes de gestion de l’énergie décident du moment et de la quantité de carburant qui va être extraite du réservoir, et du moment et de la quantité d’énergie qui va être prélevée ou stockée dans les batteries."

Un autre défi va donc se poser aux motoristes.

"L’objectif est de minimiser le temps au tour pour une quantité de carburant donnée. Ceci peut paraitre décalé avec ‘ce qui se passe sur les voitures de « Monsieur tout le monde », mais en fait les voitures de série doivent faire face au même problème : comment minimiser la consommation d’essence pour pouvoir atteindre un objectif de temps et de distance (le cycle d’homologation Européen). C’est la même problèmatique, posée à l’envers."

"La question est ensuite de savoir à quel moment du tour il faudra restituer cette énergie. Cette saison, le KERS peut être utilisé quelques fois pendant le tour. Mais, à partir de 2014, l’énergie (du carburant ou de la batterie) sera si primordiale qu’il faut imaginer à quels endroits il sera le plus opportun de consommer cette énergie – nous appelons ce phénomène ‘power scheduling.’ Le déploiement de cette énergie sera décidé conjointement par le département de dynamique du véhicule travaillant sur le châssis ainsi que par Renault Sport F1 à Viry-Châtillon."

"Choisir les meilleurs secteurs où utiliser l’énergie du moteur thermique et celle du moteur électrique reviendra à déterminer où chacune sera la plus efficace. Mais encore, la gestion du SOC présente un enjeu pour l’utilisation efficace de la propulsion électrique. Et ces données varieront considérablement d’un circuit à l’autre, selon le pourcentage de pleine charge du circuit, la vitesse en passage de courbes, l’usure des pneus et la configuration aérodynamique de la monoplace."

Pour que cela ne devienne pas trop complexe pour les ingénieurs et les pilotes, certaines choses seront gérées directement par les logiciels embarqués.

"Il y a plusieurs composantes du Power Unit qui seront directement ou indirectement contrôlées par le système de récupération de l’énergie à tout moment : le moteur à combustion interne, le turbo, l’ERS-K, l’ERS-H, la batterie et le système de freinage. Ils ont chacun leurs propres besoins, comme une température d’exploitation spécifique. Il se peut avoir les échanges d’énergies d’un composant à l’autre. L’algorithme de contrôle sera donc particulièrement complexe à définir et à gérer."

"Ce qui est certain, c’est qu’à tout moment, autant d’énergie que possible sera récupérée et restituée à la voiture. Ce n’est pas une exagération que de dire que les monoplaces que l’on verra en F1 l’année prochaine seront les véhicules terrestres les plus efficaces au niveau de la gestion de l’énergie et du carburant."