Habituellement, les circuits visités par la F1 sont assez proches du niveau de la mer, mais il y a des exceptions. Le Mexique est un cas à part. Il est situé à 2 285 mètres au-dessus du niveau de la mer, soit cinq fois la hauteur des tours jumelles PETRONAS à Kuala Lumpur.
Et ce changement d'altitude a un effet surprenant sur de nombreux éléments d'une voiture de F1, modifiant ses performances et son fonctionnement...
L'altitude, ça change quoi en F1 ?
L'Autódromo Hermanos Rodríguez est situé au sud-est du centre de Mexico, avec une pression ambiante de seulement 780 hPa (le niveau normal de la mer se situe autour de 1 000 hPa), soit environ 20 % de moins. Malgré son altitude élevée, c'est l'un des circuits les plus plats de la F1, avec un dénivelé d'un peu moins de 3 mètres entre le point le plus bas et le point le plus haut. Cela s'explique en partie par le fait que Mexico se trouve dans la "vallée du Mexique", sur un ancien lit de lac.
En ce qui concerne les altitudes les plus élevées des autres circuits de F1, aucun ne s'en approche. En fait, le site de Mexico est situé près de 1 500 mètres plus haut que le circuit suivant de la liste, Interlagos, qui se trouve à 800 mètres au-dessus du niveau de la mer.
Ainsi, si les conditions météorologiques et les températures enregistrées lors du Grand Prix de Mexico ne sont pas particulièrement différentes de celles des autres week-ends de course, les conditions atmosphériques sont uniques et offrent aux équipes des défis rares à relever.
© Red Bull Racing - Sergio Pérez (Photo by Mark Thompson/Getty Images) / Mexico 2021
Quel impact direct sur le comportement des F1 ?
L'altitude a un impact sur tout en F1, comme la quantité d'oxyg-ne que doit brasser le turbocompresseur. Tout est lié à la quantité de particules d'air et à la densité de l'air à cette altitude spécifique.
Plus vous êtes haut dans l'atmosphère, plus l'air se rarifie. Cela s'explique par le fait que l'air a un poids et que, plus vous vous rapprochez du niveau de la mer, plus l'air est comprimé vers le bas, ce qui signifie que l'air est plus dense et qu'il y a plus de particules d'air. À 2 285 mètres au-dessus du niveau de la mer, la densité de l'air est inférieure d'environ 25 % à celle du niveau de la mer et il y a donc un quart d'oxygène en moins.
Lorsqu'on pense à une voiture de F1, il y a de nombreux facteurs cruciaux qui garantissent son bon fonctionnement, dont trois sont primordiaux : l'aérodynamique, le refroidissement et l'unité de puissance. Ces éléments sont fortement influencés par la quantité d'air qui leur est disponible et, par conséquent, moins d'air signifie des performances différentes.
L'altitude élevée n'a pas d'impact direct sur la course elle-même, car tout le monde est touché de la même manière et la longue ligne droite principale et les deux zones DRS en début de tour favorisent les dépassements. Cependant, les différentes voitures seront affectées par les effets de l'altitude de différentes manières, certaines s'en tirant mieux et d'autres moins bien, ce qui peut mélanger la hiérarchie au Mexique.
Quel impact sur l'aérodynamisme ?
En raison de la rareté de l'air, la traînée d'une Formule 1 à Mexico est beaucoup plus faible. Il y a moins de particules d'air que la voiture doit déplacer, de sorte qu'elle fend l'air plus rapidement et avec moins de perturbations. C'est pourquoi les voitures sont si rapides sur les lignes droites à Mexico, avec une vitesse maximale supérieure à celle de Monza (350 km/h), tout en utilisant des ailerons aussi grands qu'à Monaco.
Toutefois, la diminution du nombre de particules d'air a également pour effet de réduire la force d'appui générée, car il y a moins d'air qui pousse la voiture vers le sol. En fait, la perte d'appui est d'environ 25% au Mexique en raison de l'altitude. Par conséquent, la spécification de force d'appui la plus élevée (aileron semblable à Monaco) est utilisée, mais elle génère le même niveau de force d'appui (ou même un peu moins) que l'aileron de Monza en raison du manque de densité de l'air.
© Alpine F1 Team
Quelle différence pour le moteur ?
Avec les moteurs atmosphériques, la différence de performance sur un circuit en haute altitude serait beaucoup plus importante, car elle dépend de l'oxygène qui est aspiré dans le moteur pour achever le processus de combustion. Cela entraînerait une perte de performance de 25 %, mais sur les moteurs de F1 modernes, cette perte est évitée grâce au turbocompresseur.
En effet, le turbo tourne à une vitesse incroyablement élevée pour pomper plus d'air dans le moteur (environ trois fois plus d'air), dans des conditions d'altitude normales. Plus d'air signifie que vous pouvez pomper plus de carburant et donc générer plus de puissance. Au Mexique, le turbo doit travailler plus dur pour compenser la baisse de la densité de l'air, ce qu'il fait en tournant à une vitesse plus élevée pour tenter de compenser une partie de la perte de performance.
Cependant, il ne peut pas compenser la totalité de la différence de performance. Faire travailler le turbo 20% plus fort n'est tout simplement pas possible, car ils sont conçus et construits pour des conditions de course normales, et non pour la pression ambiante unique de l'Autódromo Hermanos Rodríguez. Il y a donc toujours une réduction importante de la puissance du groupe motopropulseur, mais la traînée plus faible permet de compenser et de propulser les voitures à ces vitesses maximales incroyables sur la longue ligne droite principale du circuit de Mexico.
Le MGU-H est également moins sollicité à Mexico, car moins d'air dans le moteur signifie moins de puissance et moins de gaz d'échappement que le MGU-H peut récupérer et transformer en énergie utile. Certains constructeurs s'en sortiront mieux que d'autres en fonction de la taille de leur turbo et de la disposition de leur système d'unité de puissance.
© Williams Racing - George Russell
Comment mieux refroidir ?
Le refroidissement de la F1 fonctionne de la manière suivante : les particules d'air plus froid passent par les prises d'air de refroidissement, récupérant la chaleur des composants avant d'être dispersées à l'arrière de la voiture sous forme d'air chaud. Une altitude plus élevée signifie que moins d'air passe par les radiateurs, les prises d'air et les conduits, ce qui entraîne un refroidissement moindre, ce qui signifie que les différents éléments de la voiture, tels que le groupe moteur et les freins, sont plus chauds ou nécessitent des conduits beaucoup plus grands pour refroidir suffisamment les éléments.
Évidemment, les équipes essaient d'ouvrir les orifices de refroidissement de la voiture autant que possible, en augmentant la taille des prises d'air et des conduits pour faire entrer plus de particules d'air, mais cela réduit également les performances aérodynamiques et augmente la traînée de la voiture, il faut donc trouver un équilibre entre les deux.
Refroidir la voiture de manière appropriée est probablement le plus grand défi au Mexique. Pour le groupe motopropulseur, le manque de débit d'air en gros volume limite le potentiel de refroidissement, ce qui nécessite une gestion attentive pour garantir la fiabilité. Et la surchauffe des freins peut entraîner une usure accélérée ou un glaçage (lorsque la surface est brûlée, devient brillante et diminue donc la friction).
En outre, le turbo tournant à des vitesses plus élevées provoque des contraintes mécaniques supplémentaires sur les éléments de la turbine et du compresseur. Ce sont toutes des questions délicates que les équipes doivent prendre en compte, surveiller et auxquelles elles doivent réagir, ce qui ajoute à l'excitation et au défi du Grand Prix de Mexico.
@ Scuderia Ferrari Press Office / Charles Leclerc / Mexico 2021
