Après un premier cours sur les persiennes, notre professeur es-aérodynamique, Jean Alami, revient au tableau noir de notre rubrique Technique pour nous donner la seconde leçon de l'année. Vous êtes tous sages ? Non pas vraiment, j'en vois deux qui discutent au fond près des radiateurs. Faites gaffe sinon, vous n'allez pas comprendre pourquoi les autos de course tiennent si bien le pavé ! Car dans sa quète perpétuelle d'appuis aérodynamiques "gratuits", l'ingénieur ne dispose pas seulement des ouvertures pratiquées à proximité des roues, il a également...

Le diffuseur

C'est quoi un diffuseur ?

Eh bien ce n'est pas si compliqué que cela : même si celui destiné au sport auto ne diffuse pas forcément du parfum, il "diffuse" obligatoirement de l'air en écoulement et on peut lui associer très souvent l'adjectif qui a fini par commuer en substantif, à savoir "divergent".

Où se trouve t-il en général ?

Pas seulement en dessous, mais également dans certains conduits intérieurs…Mais bon, si vous y tenez, on va se mettre à 4 pattes… Aïe, mes reins !

Pour bien comprendre sa fonction aérodynamique, commençons par éliminer les idées fausses.

1ère idée fausse : " Il suffit de mettre n'importe quel diffuseur derrière n'importe quel fond plat ou plancher et l'on obtient des appuis "

Ben voyons !
Pour ceux qui se rappellent l'époque des wing-cars* (sur lesquelles on va revenir), que n'entendait-on pas à l'époque : les wing-cars sont des F1 "à jupes" responsables de l'effet de sol*. Ainsi pourquoi ne pas rajouter des jupes à votre R5 (vous vous souvenez, c'était… avant la Clio) et vous allez améliorer votre tenue de route… Sauf que cela risquait plutôt de transformer votre caisse en aéroglisseur !

2ème idée fausse : " C'est dans le diffuseur qu'on obtient un max d'appuis "

Ben non, il sert tout juste à en créer un peu plus en amont, car c'est justement devant lui ("en amont") que cela se passe.

3ème idée fausse : " plus mon diffuseur est "maousse" plus j'obtiens des appuis, ou plus précisément dit, plus j'augmente l'angle du diffuseur avec le sol, plus grande est la force de déportance qui en résulte… "

C'est pas bien d'abuser des bonnes choses car au delà d'un certain angle, pouf, ça décroche ! Pas forcément le diffuseur mais en tout cas l'écoulement d'air vers l'arrière ("en aval") et voilà qu'on pédale dans la semoule de tourbillons.

Bon reprenons l'épisode des wing-cars apparues à la suite des (belles) Lotus 78 et (encore plus belles) Lotus 79 en 1977-1978. Devant le progrès que représentaient ces autos, elles furent copiées frénétiquement par la concurrence un an plus tard pour être parfois même améliorées par certaines (Ligier JS 11 - Williams FW 07) dès 1979. Wing-cars se traduit littéralement "voiture-aile". Cette appellation se justifiait par le fait que c'était désormais la quasi intégralité de la carrosserie, qui était utilisée pour créer une aile déportante, alors que les simples F1 de l'époque se contentaient uniquement d'ailerons pour assurer cette fonction.

Nous avons vu dans un précédent article (Persiennes) qu'obtenir des appuis ne se faisait jamais gratuitement puisque cela engendrait une traînée induite consommatrice de chevaux. Qu'à cela ne tienne, mister Chapman (Monsieur Lotus) fin 75 se dît pourtant qu'il serait tout de même possible de flirter avec " beaucoup pour rien " autrement dit beaucoup de déportance pour, disons, pas beaucoup de traînée. Aussi, il somma ses adjoints de s'intéresser un peu plus au soubassement que l'on avait un peu trop négligé jusqu'alors en F1. Normal, m'sieur puisque ça se voit pas!

Et là, on redécouvrit les vertus des leçons basiques de "Mécaflu" (Mécanique des fluides) : l'effet Venturi associé à l'effet de sol produit sur tout écoulement autour d'un mobile se déplaçant près du sol (cela vaut donc également pour les avions décollant ou atterrissant pour un effet recherché inverse)

A quoi sert un Venturi ? (du nom du Signore Venturi, contemporain ou presque d'un autre savant, le Sieur Bernoulli, qui posa les équations simples bien utiles à la compréhension pratique des ailes)
Réponse : à créer de la dépression !

Voyons donc ci-contre l'évolution du coefficient de pression négatif lorsque la pression devient inférieure (donc "dépression") à une référence de pression située en Amont du Venturi.

Vous voyez donc en application du Phénomène notifié par Bernoulli chuter la pression au fur à mesure que la vitesse d'écoulement augmente. Venturi l'a appliqué à la conservation du débit d'air : en créant un col, on force l'air à accélérer, et à créer une dépression. Dommage que l'on ne sache pas faire la même chose en circulation automobile ! Quoique, si, on y parvient en fait, puisque l'on déprime dans les bouchons…

Redevenons sérieux. Vous voyez la petite ligne du milieu où passe les vecteurs vitesse ? Eh bien coupons donc notre dessin en deux, et vous obtenez une moitié supérieure délimitée par le sol qui défile en dessous. Et c'est bel et bien le sol, dans le cas de nos wing-cars, qui a amplifié le phénomène de dépression – par effet miroir (ou "image") – du au phénomène Bernoulli, qui contribue à l'application des profils d'ailes et ailerons entre autres.

Enfin, les "jupes" n'étaient là que pour parachever le phénomène en servant en quelque sorte d'anti-fuites… Mais cela marchait tellement bien sur la fin, que devant l'ampleur des dépressions obtenues ( quasiment proportionnelles aux carrés des Vmax obtenues ) le législateur décida d'y mettre un coup d'arrêt fin 1982. Seulement on jeta le Bébé avec l'eau du bain, en imposant de surcroît les fameux fonds plats ! Donc devant les mines catastrophées des puristes, on accepta de donner une forme de simili-divergent à la planche à repasser du dessous, en y adoptant le non moins fameux "diffuseur". Ouf!

Sur le second dessin ci-contre, voici donc ce que l'on obtient avec un dessous de proto à peu près bien pensé pour tirer parti d'un diffuseur dont les formes sont même imposées de nos jours (c'est ce qui s'appelle brider les créativités). On remarque que, chaque fois que l'on a réussi à recréer de la dépression, c'est que l'on s'est arrangé pour créer des cassures géométriques. Celles-ci engendrent localement une accélération de l'écoulement mais également quelques tourbillons responsables de "perte de charge" aéro que l'on s'efforce donc de limiter au mieux…

Petites précisions supplémentaires concernant ce schéma :

1) Les valeurs sur les échelles représentent les dépressions qui aspirent donc la carrosserie ou le fond plat.
2) à 180 km/h, obtenir une dépression moyenne de -1 génère grosso-modo un appui de 500 kg par le seul fond plat et donc de 2 tonnes à 360 km/h (Ah, sacré carré de la vitesse, quand tu nous tiens !). A ces 500 kgs, on rajoutera les appuis créé par les ailerons, dont les petites malins obtiendront qu'ils se tordent -ou mieux, s'effacent carrément si possible - pour ne pas trop pénaliser l'auto en ligne droite...
3) au temps des wing-cars qui ne faisaient travailler que leurs pontons latéraux, la même dépression n'engendrait que 300 kgs d'appui. Oui, certes, mais on est allé juqu'à obtenir un coefficient de -4 en moyenne et les deux tonnes d'appui étaient alors atteintes dès 230 km/h ! Vous comprenez comment un pilote pouvait se prendre sur certains circuits 4 à 5 g d'accélération latérale en courbe ?
4) notez que l'on retrouve cependant, à l'avant du proto, un dessin géométrique nostalgique des dessous d'aile des wing-cars d'alors.

Par ailleurs, rappelons que l'Aéro (subsonique du moins) est le théatre perpétuel d'intéractions qui peuvent être dramatiques mais parfois mises à profit, comme celle, par exemple, due à l'aileron AR, qui judicieusement disposé, aide le diffuseur à aspirer l'écoulement sous le fond plat. Magique...

Mais vraiment, quel dommage d'avoir imposé la planche à repasser qui, finalement, nécessite de dessiner les F1 avec des "zigouigouis" partout pour compenser soit disant…Mais bon, je m'égare.

L'ami Jean ALAMI alias "DocJeannot"