L’Alpine A521 vient d’être dévoilée au monde du sport automobile. Cela ne fait aucun doutes, il s’agit d’une des plus belle monoplace du plateau de F1.

Qu’en est-il des évolutions techniques annoncées pour la saison 2021 ?

Une aérodynamique en évolution, pas de révolution

Dans le droite lignée de la RS.20, l’Alpine A521 ne révolutionne en rien le concept aérodynamique de l’année dernière. Du moins officiellement…

L’actuel Directeur Technique Châssis nommé Pat Fry, assure que les évolutions ont été réalisées avec parcimonie, car comme pour le Power Unit, une grande partie des ressources est allouée à la saison 2022.

En 2021, la monoplace doit obligatoirement reprendre de nombreux éléments de 2020. Ils ont essayé de faire tout ce que les règles leur permettent en termes de reconception et d’amélioration. Entre ceci et les changements tardifs du règlement aérodynamique, un gros programme de développement a été mené qu’ils poursuivrons aux tests de Bahreïn et aux premiers Grands Prix.

Toutes les équipes d’Alpine F1 Team ont dû suspendre leur développement aérodynamique pour 2022 entre mars 2020 et janvier 2021 avec le report du nouveau règlement et l’interdiction imposée par la FIA de soumettre ce projet en CFD (simulation par ordinateur) et en soufflerie.

L’activité a pu reprendre dès le 1er janvier comme les autres écuries. Cela n’a pas laissé beaucoup de temps pour s’adapter à une règlementation inédite, mais ils travaillent sans relâche sur cette nouvelle ère ainsi que sur les développements pour cette saison.

La monoplace de cette année représente une évolution logique de celle de 2020. Alpine F1 Team a cherché à améliorer les performances aérodynamiques tout en travaillant autour des structures qui ont pu être réhomologuées entre cette année et l’an dernier. Certaines semblent un peu différentes, mais il s’agit davantage d’une évolution que d’une révolution.

Effectivement comme le laisse sous entendre Pat Fry, la physionomie de l’A521 change quelque peu avec la carrosserie qui donne l’impression que le bloc moteur a été rehaussé. Il n’en est rien mais l’effet visuel est bien présent, assez massif…

Le principe du Power Unit en F1, les bases…

En 2014, le F1 décide de révolutionner l’architecture de leur moteur. Jugé trop gourmand par les grandes pontes, le V8 atmosphérique de 2400 cm3 laisse place à un V6 Hybride turbocompressé de 1600 cm3.

Il est possible de décomposer le moteur d’une F1 (spécifications dès 2014) en 6 parties:

• Moteur à combustion interne
• Le turbocompresseur
• MGU-K
• MGU-H
• Une batterie
• Electronique

Cette règlementation amène un ensemble de puissance électrique nommé Energy Recovery System (ERS), qui regroupe tous les éléments qui récupèrent de l’énergie dans la monoplace (MGU-K + MGU-H).

Initié dès 2009 avec le KERS, il fonctionnait initialement avec un volant d’inertie, ce système permettant de récupérer l’énergie du freinage pour le restituer à la demande sous forme de puissance passe en 2011 à des batteries, semblables à celles utilisées par les véhicules électriques et hybrides de série

A l’époque, le KERS fournissait environ 60 kW (soit 80 ch) et il était utilisé manuellement à la demande du pilote. Avec la nouvelle architecture V6 hybride, équipé de deux systèmes de récupération d’énergie (MGU-K pour la récupération au freinage, MGU-H pour la récupération à l’échappement), tout le savoir-faire s’est concentré dans la gestion de l’énergie des deux éléments de puissance.

Principe de fonctionnement :

Du Renault Energy F1 2014 au Renault E-Tech 20B 2021

Développé à l’antenne Renault Sport F1 de Viry-Châtillon, le V6 hybride à double système de récupération d’énergie a connu de nombreuses évolutions depuis 2014.

Après 4 doublés sous l’ère V8 avec Redbull, Renault a connu quelques difficultés à retrouver son niveau d’antan.

A forces d’améliorations et de retour d’expérience, la puissance et la fiabilité de PU (Power Unit) s’est considérablement amélioré.

Le premier grand bond en avant est survenu dans les années 2015 à 2016, principalement dû à l’introduction de l’allumage en préchambre. Un principe que nous vous expliquerons ultérieurement… Même constat entre 2018 et 2019. Contrairement aux idées reçues, le travail des motoristes de Viry s’est porté sur la partie thermique et non électrique.

En F1, le règlement impose une contrainte importante aux ingénieurs motoristes ; une quantité limitée de carburant. Seule amélioration possible, la qualité de la combustion. Un cycle de thermodynamique (Cycle de Miller) bien connu permet d’apporter quelques pistes pour augmenter l’efficience du bloc. Il nécessite simplement de jouer sur la pression de la suralimentation (turbo), sur l’allumage, etc… Il y a encore 30 ans, un moteur pénait à atteindre un rendement de 20%. A ce jour, il atteint près de 50%.

A titre indicatif, le bloc V8 lui oscillait entre 30 et 35%. En travaillant sur l’article, je n’étais moi-même pas très convaincu par le concept de V6 Hybride, comme quoi…

A quoi bon développer tout ce laïus constitué de chiffres et de termes plus ou techniques ? Depuis 2014, début de l’aventure en hybride, le bloc Renault a gagné près de 200 ch. Soit environ 30 ch par an…

Avec un écart réduit au fur et à mesure des années, le delta entre les puissances des moteurs concurrents s’est réduit à peau de chagrin.

Mise à part la puissance brut, le principal défi des motoristes sont les températures de fonctionnement optimales. C’est peut être là que la concurrence a réussi son pari, en obtenant des systèmes de refroidissement plus compact et ainsi gagner en performance.

2021, Renault F1 Team laisse la place à Alpine F1 Team. Le mardi 2 mars 2021, dévoile sa nouvelle monoplace nommée A521 (évolution de la R.S 20).

Seul reste de Renault, le Power Unit qui conserve sa dénomination historique associé à la marque “E-Tech”, véritable fleuron de l’hybride chez le constructeur.

Pour la nouvelle saison, il prend le doux nom de Renault E-Tech 20B. Très peu de changements en vue, seul le poids minimum requis pour l’ensemble du groupe propulseur a augmenté de cinq kilogrammes dans le cadre de la réduction des coûts liées aux restrictions matérielles. Malgré le peu de modifications apportées, le bloc revendique plus de 950 ch !

La version “B” apportera principalement une fiabilité améliorée et sera introduite dès la première épreuve à Bahreïn.

Pourquoi une évolution aussi faible me direz-vous ? Alpine F1 Team est déjà rivé vers 2022, qui donnera naissance à une monoplace encore révolutionnée. La majeure partie des ressources a déjà basculé sur le concept de l’année prochaine afin de s’assurer un belle place.

A ce jour, le développement est piloté par le Directeur Technique Moteur Rémi Taffin.

Annoncé il y a quelques jours, le partenaire historique Mecachrome poursuivra l’accompagnement et le développement de nombreuses du E-TECH 20B et ce durant 4 ans.

Les Spécification du Renault E-TECH 20B

Moteur à combustion interne

• Cylindrée V6 de 1.6L
• Nombre de cylindres 6
• Régime moteur maximal 15 000 tr/min
• Puissance : plus de 950 ch
• Suralimentation : Turbocompresseur unique, pression illimitée (estimée à 5 bars absolus)
• Limite du débit de carburant 100 kg/h 
• Quantité de carburant autorisée en course 110 kg 
• Architecture V6 à 90°
• Alésage 80 mm
• Course 53 mm
• Hauteur d’axe du vilebrequin 90 mm
• Nombre de soupapes 4 par cylindres, soit 24
• Carburant Injection directe

Systèmes de récupération d’énergie

• Vitesse de rotation du MGU-K : 50 000 tr/min maximum
• Puissance du MGU-K : 120 kW maximum
• Énergie récupérée par le MGU-K : 2 MJ/tour maximum
• Énergie restituée par le MGU-K : 4 MJ/tour maximum
• Vitesse de rotation du MGU-H : Supérieure à 100 000 tr/min
• Énergie récupérée par le MGU-H : illimitée

Règlement changement de pièces 2021

Le règlement stricte de la F1 sur une saison limite le changement de pièces “maîtresses” :

• 3 bloc V6 1.6L moteurs à combustion interne, dénommé ICE pour ‘Internal Combustion Engine’, en l’occurrence un V6 de 1,6L
• 3 unités turbocompresseur, 
• 3 MGU-H (Motor Generator Unit – Heat), 
• 3 MGU-K (Motor Generator Unit – Kinetic), 
• 2 batteries ES (Energy Storage)
• 2 boîtiers ECU (Electronic Control Unit)
• 8 jeux d’échappements

Source : Alpine F1 Team