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Piston, Ferrari et impression 3D

Ferrari se tourne vers la technologie d'impression 3D pour introduire un design de piston novateur qui pourrait lui permettre de faire un grand pas en avant avec son moteur 2017.

Pour ceux et celles qui suivent un petit peu le monde de la F1 (comme moi ;-)) la seconde semaine d'essais de pré-saison débutait ce mardi à Barcelone. Mais vous allez me dire, pourquoi je parle de ça sur un blog dédié à l'impression 3D ? Patiiience, je vais tout vous expliquer ! 

 

 

Le vendredi 24 février, Ferrari dévoilait sa nouvelle monoplace qui lui permettrait de rebondir après une saison 2016 plutôt.. décevante.

C'est à travers une présentation en ligne depuis Fiorano que la Scuderia a choisi de présenter sa nouvelle monoplace répondant au nouveau règlement technique 2017 ; baptisée SF70H pour fêter les 70 ans de Ferrari.

De quoi a-t-elle l'air ? En fait, la miss est revêtue d'un rouge quasiment intégral, mais tout en gardant une touche de blanc placée sur le long du nez de la F1 et qui garnit également l'aileron de requin. Un aileron de requin au sommet duquel figure un élément aérodynamique proéminent. Et l'impression 3D ?? Ouiii, j'y arrive. Cette année, Ferrari a également modifié son approche afin d'améliorer significativement son unité de puissance, étudiant le recours à la technologie (roulement de tambours...) d'impression 3D pour un design de piston novateur. (On peut tout de même préciser que notre petite écurie est un peu à la bourre. Et oui, l'écurie Caterham a déjà fait parlé d'elle en réalisant un partenariat avec 3D Systems, mais Mercedes, Force India, RedBull et bien d’autres encore ont également déjà fait appel à l'impression 3D.) La dernière en date étant l'écurie Lotus qui utilise cette nouvelle technologie pour imprimer des pièces en carbone.

Pour ceux qui aurait loupé le lancement de la monoplace, pas de panique ! Voilà une petite vidéo qui vous permettra de récupérer votre retard ! :-) 

 

Le moteur d'une Formule 1

Pour éviter que je ne vous perde dans la looongue explication qui suit, je vous propose une petite définition de ce qu'un piston est et surtout à quoi ça sert en général. Donc, pour faire avancer la F1, il faut un moteur. Logique. C'est l'organe essentiel d'une monoplace, sans lui elle ne décollerait pas de la grille de départ, mais c'est aussi, peut-être son élément le plus complexe et le plus difficile à appréhender. Soumis à des forces inimaginables un moteur de F1 défie les lois de la physique pour développer toujours plus de puissance. Le moteur est peut-être bien caché sous la carrosserie mais il est loin d'être l'élément le moins intéressant en Formule 1.

Les moteurs utilisés en F1 sont des moteurs à 4 temps. Cette technologie a été choisie car c'est celle qui est la plus facilement exploitable et celle qui présente le plus de similitude avec les voitures de série. Ce sont des moteurs "essence" dits à "allumage commandé". L'unité de fonctionnement de base du moteur est le cylindre. 

En mécanique, un piston est une pièce rigide de section généralement circulaire coulissant dans un cylindre de forme complémentaire. Le déplacement du piston entraîne une variation de volume de la chambre, partie située au-dessus du piston, entre celui-ci et le cylindre. Un piston permet la conversion d'une pression en un travail, ou réciproquement.

Et en gros, c'est cette pièce circulaire qui sujet de nouveauté !

 

Bon. Un peu d'informations sur ces fameux nouveaux pistons !

Au sein du département moteur, le chef designer Sassi Lorenzo et Enrico Gualteri, responsable de l'assemblage, espèrent finaliser les changements audacieux qui pourraient permettre de franchir un palier en matière de performance. Et oui, cette fameuse unité de puissance n'est qu'en phase de test.. Mais ce n'est que la première technique.

Le directeur technique Mattia Binotto, issu du département moteur, s'attend à une avancée majeure sur le plan moteur grâce à un design final qui pourrait avoir très peu de choses en commun avec la version 2016. Ces changements concernent principalement la chambre à combustion, faite pour une augmentation considérable de la pression grâce à l'évolution du Turbulent Jet Ignition System qui a été utilisé ces dernières années. Il y a également un nouveau micro-injecteur conçu par Magneti Marelli, assurant une flamme parfaite pour l'allumage de la chambre à combustion dans le but d'améliorer la performance, mais aussi de réduire la consommation d'essence.

Les changements placent donc le moteur sous l'emprise de forces énormes - avec une pression possible de 400 bars - et génèrent une importante augmentation de la température, ce qui peut représenter une menace pour la fiabilité. Afin d'atteindre ses objectifs, Ferrari doit avoir une approche révolutionnaire de la conception du moteur, et a décidé de se concentrer sur l'innovation. Qui dit innovation dit... impression 3D ! Des tests se déroulaient donc en janvier autour d'un nouveau concept de design de piston utilisant un nouvel alliage d'acier.

Bien que les constructeurs soient restreints par la FIA concernant les matériaux qu'ils peuvent employer, Ferrari cherche à ne plus recourir à l'aluminium qui est communément utilisé. La raison ? L'écurie veut trouver quelque chose qui résiste davantage à une pression physique plus élevée (et à une dilatation thermique) afin de ne pas compromettre la fiabilité. Les alliages d'aluminium sont plus légers que les alliages d'acier, mais ils ont une moins bonne capacité de résistance à la déformation et à la casse par des températures extrêmes. Le surplus de poids pour des pièces en mouvement comme les pistons est un gros problème, c'est pourquoi l'accent a été mis sur la recherche d'une solution qui est plus performante et plus fiable.

Dans leur quête pour trouver le bon alliage, les ingénieurs de Maranello évaluent les dernières technologies d'impression 3D (plus connues sous le nom de fabrication additive dans l'industrie). Utiliser cette technique permet aux ingénieurs de construire des couches minces de matériau les unes sur les autres. Il est ainsi envisageable de créer des formes complexes qui n'auraient pas été possibles en utilisant les précédentes méthodes de moulure et d'usinage. Le degré de liberté qu'offre l'impression 3D, allié à la vitesse de production, a ouvert une nouvelle frontière de développement du design pour quelque chose qui était auparavant limité à des prototypes de pièces en plastique pour les modèles de soufflerie.

L'utilisation de matériaux comme l'alliage d'acier - qui dans un processus classique ne conviendrait pas à la production d'un piston pour une F1 - peut désormais être considérée car il n'est plus nécessaire de fabriquer des surfaces pleines. Des designs de structure alvéolaire sont possibles. De tels concepts de structure alvéolaire apportent un avantage en termes de solidité, sans présenter l'inconvénient du poids. Si Ferrari n'est probablement pas la seule équipe à étudier cette technologie, Binotto espère voir cela se traduire par des progrès en piste dès que possible, et ce pourrait être le cas dès le début de la saison. 

 

Première sortie de la bête

Peu après avoir été présentée sur le site Internet de la structure italienne, la monoplace a pris la piste pour un premier tour d'essai. La question principale est "qu'est-ce que les pilotes en ont pensés " ?

Vettel était plutôt optimiste, aussi bien sur les débuts de la Ferrari que sur les nouvelles monoplaces produites par le règlement 2017 : "Vous pouvez voir que c’est une avancée et vous pouvez sentir que c’est une avancée. La voiture paraît assez grosse et solide de l’extérieur mais les premières impressions sont aussi les bonnes. Nous n’avons eu aucun problème. C’était un bon début."

 

Cependant, Räikkönen était lui moins enthousiaste après son premier tour bouclé ; "Eh bien, nous n’allons pas à pleine vitesse dans le premier tour et c’était notre tout premier tour avec la nouvelle voiture. Tout semblait OK, évidemment c’est juste le premier contact et nous allons en faire plus aujourd’hui. Le travail principal commencera avec les tests à Barcelone mais jusqu’ici tout va bien et nous allons partir de là."

Malgré tout, il est intéressant de noter que le temps de la SF70H sur le tracé de Fiorano la place parmi les monoplaces les plus rapides de l'histoire de la Scuderia, même s'il faudra attendre Barcelone et sans doute Melbourne pour en savoir plus sur leur compétitivité réelle. Ah mais attendez, Barcelone c'est cette semaine ! On vous tient donc au courant des avancées ;-) 

 

 

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Author: Chloé
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