Qu’est-ce qui alimente le moteur et le groupe motopropulseur d’une voiture de F1 ?

Depuis l'introduction du KERS en 2009, les voitures de Formule 1 ne dépendent plus uniquement des moteurs à combustion, et le terme « moteur » a été remplacé par « groupe motopropulseur » afin de refléter le fait que la propulsion ne repose plus uniquement sur un moteur à combustion.

En 2009, la FIA a introduit la règle KERS en Formule 1, instaurant un système de suralimentation qui récupère l'énergie cinétique pendant le freinage. Depuis ses débuts, le groupe motopropulseur s'est développé pour devenir un ensemble en cinq parties comprenant trois moteurs distincts et pouvant fournir au moins 1 000 ch à son pic. Seuls le moteur à combustion interne (ICE) et le moteur cinétique (MGU-K) entraînent réellement la voiture ; le moteur thermique (MGU-H) se contente de produire de l'électricité qui est ensuite fournie au MGU-K.

Composants du groupe motopropulseur de F1 – ICE – moteur à combustion interne – MGU-K – unité de récupération d'énergie cinétique – MGU-H – unité de récupération d'énergie thermique – ES – stockage d'énergie (batteries) – CE – électronique de contrôle

Ces pièces sont divisées en deux groupes : le MCI lui-même et le système de récupération d'énergie (ERS). Le poids minimum combiné est passé à 150 kg pour la saison 2021, contre 145 kg en 2020.

Moteur à combustion interne Le moteur à combustion interne se compose du moteur proprement dit et d'un turbocompresseur. Le moteur est relié à la boîte de vitesses, tandis que le turbo augmente la pression d'admission d'air afin de maximiser la puissance. La réglementation impose un moteur V6 à quatre temps de 1,6 litre avec six cylindres disposés à un angle de 90° et un total de 24 soupapes. Il ne doit pas dépasser 15 000 tr/min et est limité à un débit de carburant de 100 kg par heure une fois que le régime dépasse 10 500 tr/min. Le carburant est injecté directement à 500 bars par cylindre, et la turbine d'échappement du turbo est plafonnée à 125 000 tr/min.

Au cours d'un tour de Grand Prix, les six cylindres s'allument plus de 46 000 fois et, à pleine charge, le turbo exerce sur chaque piston une force comparable au poids de quatre éléphants. ### Système de récupération d'énergie (ERS) L'ERS regroupe le MGU-H, le MGU-K et les batteries, et doit être capable de stocker jusqu'à 4 MJ d'énergie par tour. La masse des batteries est limitée à 20-25 kg, ce qui est suffisant pour cette capacité de 4 MJ. Depuis l'apparition du KERS en 2007, les batteries ont perdu 87 kg tout en offrant une capacité de stockage bien supérieure et une décharge plus rapide. Mercedes revendique un gain d'efficacité de 56 % depuis la réglementation de 2009.

MGU-K – monté sur l'essieu arrière, cet appareil capture l'énergie cinétique lorsque le pilote freine. Un moteur à friction bloque les roues, transforme l'énergie cinétique en électricité et la stocke dans la batterie. La charge stockée peut ensuite être libérée pour ajouter jusqu'à 161 ch (121 kW) à la demande. Limites techniques : 50 000 tr/min, 2 MJ stockés par tour, 4 MJ peuvent être délivrés et la puissance maximale peut être utilisée pendant 33,3 secondes.

MGU-H – situé entre la turbine et le compresseur du turbo, il récupère la chaleur des gaz d'échappement. Contrairement au MGU-K, le MGU-H peut fonctionner en continu, soit en alimentant directement le MGU-K, soit en rechargeant la batterie. Son régime maximal est de 125 000 tr/min et il n'a aucune limite pratique en termes d'énergie stockée ou fournie.

Tous ces sous-systèmes sont orchestrés par des composants électroniques de contrôle sophistiqués. Les calculateurs électroniques modernes décident à chaque instant de la source d'énergie à utiliser, de la quantité d'énergie à prélever sur la batterie et de l'intensité de la récupération de l'énergie de freinage. Les pilotes peuvent modifier ces réglages à partir du volant, mais la logique sous-jacente fonctionne automatiquement. ### Fiabilité et réutilisation des composants

Depuis plusieurs saisons, la FIA exhorte les constructeurs à construire des moteurs capables de survivre à plusieurs courses, un objectif facilité par la réduction de moitié de la cylindrée, qui passe de 12 L à 1,6 L, et par l'imposition d'une limite de régime. Cependant, la complexité même des groupes motopropulseurs actuels augmente le risque de panne : tous les éléments sont interconnectés, de sorte qu'une seule défaillance peut mettre fin à un tour. Le nombre et l'interconnexion des composants dominent désormais le tableau de la fiabilité.

Répartition type des composants par pilote (2020-2021) – Moteur à combustion interne : 3 unités – MGU-K : 2 unités – MGU-H : 3 unités – ES (batteries) : 2 unités – CE (électronique) : 2 unités

L'évolution de ces systèmes reflète l'histoire plus large des moteurs de F1, une histoire d'adaptation continue et d'escalade technologique.

Le rugissement d'une voiture de Formule 1 a considérablement changé au cours des quatre dernières décennies, passant des V12 tonitruants des années 1980 aux moteurs hybrides silencieux d'aujourd'hui. Cette histoire est marquée par une réduction constante de la taille des moteurs et par leur électrification, motivées autant par la réglementation que par la recherche d'efficacité.

Avant 1990, les équipes pouvaient choisir entre des moteurs V12, V10 ou même V8, chacun délivrant une puissance brute à sa manière. Les années 1990 ont vu l'émergence du V10 comme architecture dominante, un équilibre entre vitesse et fiabilité qui a défini toute une génération de courses. Un changement décisif s'est produit en 2001 lorsque la FIA a imposé un V10 de 3 litres, uniformisant ainsi la cylindrée sur la grille de départ. Six ans plus tard, la formule a été à nouveau modifiée : un V8 de 2,4 litres est devenu obligatoire, marquant le premier grand pas de ce sport vers des moteurs plus petits et plus économes en carburant. L'introduction du KERS en 2009 a ajouté une nouvelle dimension électrique, permettant aux pilotes de récupérer et de réutiliser l'énergie pour de courtes poussées de puissance supplémentaire. Cette expérience a ouvert la voie à la refonte de 2014, lorsque le championnat a adopté des moteurs V6 turbo-hybrides de 1,6 litre équipés d'un système ERS complet – le MGU-K (cinétique) et le MGU-H (thermique) – transformant la chaleur résiduelle et l'énergie de freinage en un avantage concurrentiel. Aujourd'hui, seuls trois constructeurs fournissent ces moteurs sophistiqués : Mercedes, Renault et Ferrari. Honda, partenaire de longue date, s'est retiré après la saison 2021, ce qui a incité Red Bull à lancer son propre programme de moteurs à partir de 2022. La liste des anciens fournisseurs ressemble à un panthéon de l'ambition automobile : BMW, Peugeot, Toyota et bien d'autres sont venus et repartis, chacun laissant une empreinte sur l'évolution technique de ce sport.