Technique F1 : Suspensions pushrod/pullrod, qu’est-ce que c’est ?

Avec Nicolas D.Z

Lors des présentations des monoplaces 2022, on a pu voir des philosophies différentes, notamment pour la géométrie des suspensions. Red Bull et McLaren utilisent des suspensions à tirant (pullrod) à l’avant, là ou toutes les autres équipes utilise des suspensions à poussoir (pushrod).

La géométrie d’une suspension en F1

La première question qui en découle est évidemment de connaître le fonctionnement de chacune des solutions, avant de savoir quelle est la différence entre ces deux choix techniques.

Les suspensions en F1 fonctionnent sur le même principe que nos voitures de tous les jours avec une partie hydraulique, l’amortisseur, et un ressort. Mais la F1 étant la vitrine technologique qu’elle est, le système a été adapté pour être plus compact, plus léger et plus réactif.

La partie hydraulique est réduite à son minimum et est placée dans le nez. La connexion entre la barre d’amortissement et la partie hydraulique se fait par un culbuteur qui pivote autour d’une barre de torsion, ce qui a pour vocation de remplacer le ressort d’une suspension conventionnelle.

La barre de torsion est plus légère qu’un ressort et permet d’absorber le choc de la même façon tout en ayant un retour plus rapide, ce qui permet de remettre la roue plus rapidement en contact avec la piste.

La suspension est connectée à la roue par l’intermédiaire d’une barre en carbone. Les autres sont utilisées pour la cinématique à savoir la direction ou la monté et descente du pneu.

Pour la partie arrière, c’est exactement le même principe, mais l’amortisseur hydrauliques et les culbuteurs sont à l’horizontal pour laisser plus de place à la boite de vitesse.

Différence entre suspensions à tirants et à poussoirs

La différence de fonctionnement et de philosophie réside principalement en la position du culbuteur et de l’amortisseur. Sur les pullrods, le culbuteur est en bas. Ainsi, la barre tire sur le culbuteur lorsque la roue remonte.

Sur les pushrods, il est en haut. Dans ce cas, la barre pousse sur le culbuteur lorsque la roue remonte. La géométrie des suspensions, mais surtout les efforts des deux systèmes, sont totalement différents.

La géométrie de ses deux solutions est en effet la différence fondamentale, et cela a de nombreux impacts. Le premier sera que la barre d’amortissement (flèche verte) sera quasiment à l’horizontale pour le pullrod. Ainsi, les efforts seront bien plus importants.

En 2013, quand une force de 500 kilos était appliquée sur un pneu, la force résultant dans la barre d’amortisseur, et ensuite dans l’amortisseur, était de 800 kilos pour les suspensions à poussoir, alors qu’elle était de 2500 kilos aves des suspensions à tirant.

Il faut donc dimensionner tous les éléments en conséquent, que ça soit la barre de suspensions elle-même, mais aussi l’amortisseur, la barre de torsion et le châssis. Les implications sont donc bien plus nombreuses que sur le simple système de suspensions.

Avantages et inconvénients des suspensions pullrod

Le principal intérêt des tirants est aérodynamique. Comme la barre est plus horizontale, elle génère moins de turbulences dans le flux aérodynamique et permet d’avoir un écoulement d’air stable en dessous de cette barre.

Au vu de la règlementation 2022, il y a fort à parier que les équipes disposant d’une telle suspension le font pour favoriser l’air propre et générer un maximum d’appui avec l’effet de sol.

Comme les éléments de suspensions notamment le culbuteur sont placés plus bas, le centre de gravité est lui aussi plus bas ce qui permet une meilleure maniabilité de la voiture, qui est rendue plus agile.

Ceci était très important au début des années 90, parce qu’un culbuteur pouvait peser jusqu’à 300 grammes mais aujourd’hui les culbuteurs sont beaucoup plus légers les dernières générations sont en dessous des 100 grammes.

Les barres de suspensions sont utilisées pour régler de nombreuses choses et notamment la hauteur de caisse. L’un des inconvénients du pullrod, avec la barre presque à l’horizontale, est la plage de réglages beaucoup plus faible.

Un des autres inconvénients est le poids des suspensions à tirants. Le système est plus lourd et puisqu’il y a des efforts plus importants, les pièces doivent être renforcées. Elles sont donc plus lourdes.

De plus, ce type de configuration déstabilise quelque peu la voiture en matière de de stabilité, puisque les efforts appliqués à la voiture empêchent une rigidité aussi bonne qu’avec une suspension pushrod. L’inconvénient pourrait se traduire en un fonctionnement moins optimal de l’effet de sol sous le plancher.

Avantages et inconvénients des suspensions pushrod

Le pushrod est à l’opposé d’un pullrod. Son plus grand défaut est bien sur l’aérodynamique, puisqu’une barre vient se dresser en diagonale du flux d’air. On le sait, les F1 actuelles sont largement conçues pour favoriser l’aéro, et une grande partie de la performance vient de ce domaine.

Mais de nombreux avantages accompagnent ce système, et c’est pour cela qu’il a souvent été utilisé en F1. Le premier est évidemment son poids, puisque les contraintes et efforts moins importants sur l’ensemble des suspensions permet d’opter pour des pièces moins solides, et donc plus légères.

La stabilité de la voiture sera, à l’inverse des pullrod, meilleure. Andrew Green, le directeur technique d’Aston Martin F1, avait confirmé que son équipe avait éliminé la possibilité d’une suspension à tirant par crainte de perdre en efficacité de l’effet de sol.

Le centre de gravité sera plus haut, ce qui est un inconvénient, mais il permet aussi d’avoir un nez haut et donc de créer de l’espace sous celui-ci. Cela crée un meilleur flux d’air à cet endroit. Ce qui est perdu sur les cotés n’est pas intégralement récupéré au centre de la voiture, mais c’est un avantage à ne pas négliger.

Enfin, la géométrie va générer moins d’effort, et ce sera également le cas pour les efforts latéraux lors des changements de direction. Avec moins d’efforts, l’usure et la surchauffe des pneus sont plus faciles à contrôler.

Les pneus Pirelli ayant une fenêtre de fonctionnement très limitée, il semble que ça soit un des avantages cruciaux découlant de cette solution, et l’une des raisons qui en faisaient la solution favorite des équipes en 2021.

Sans entrer dans le détail du fonctionnement complet des suspensions, mais en se focalisant uniquement sur la géométrie, on peut donc voir que les équipes ont fait des choix très différents.

Est-ce que les bénéfices aérodynamiques des pullrod donneront un avantage à McLaren et Red Bull, ou est-ce que ces équipes souffriront en termes de gestion des pneus ?

C’est en tout cas une des raisons pour lesquelles on peut voir des voitures très différentes, et c’est également ce qui pourrait être un facteur de différenciation de performance, soit de manière générale, soit d’un type de circuit à un autre.