Formule 1 : L’évolution des moteurs

Formule 1 : L’évolution des moteurs

18/01/2020 0 Par Vincent

Nous allons explorer les grandes évolutions des motorisations des F1 de la première course à nos jours.

Nous aborderons ici l’histoire et les grandes révolutions technologiques des moteurs V6, V8, V10 et même V12 ; ces derniers souvent associés à l’ADN de la Formule 1 mais pourtant réputé très fragile et difficile à exploiter par les pilotes.

Pendant longtemps en Formule 1, la performance était principalement liée à la puissance délivrée par les moteurs. Dans les années 1980, certaines monoplaces dépassaient les 1000 chevaux en qualification. On parle même de 1400cv sur une Brabham motorisé par BMW avec bloc turbo de 1,5L entre 1983 et 1987. La barre des 1000cv est à nouveau atteinte at Williams entre 2003 et 2004 toujours propulsée par un moteur BMW.

Il faut bien garder en tête que les changements de réglementation sont généralement précurseurs des périodes de domination. Les victoires de Mercedes entre 2014 et 2017 sont en grande partie liées à l’avantage moteur qu’ils ont acquis avec le passage aux groupes de puissance hybrides.

Les débuts de la F1

Pour les deux premières années de Formule 1, le règlement plutôt libre autorisait des blocs atmosphériques et suralimentés respectivement de 4500 cm3 et 1500 cm3 de cylindrée. Les bolides embarquaient des moteurs développant pour l’époque entre 350 et 430 CV.

Moteur Ferrari 275 V12 engagé en 1950

Rapidement dès 1952, le règlement limite la cylindrée maximale des moteurs et fixe la limite à 2000 cm3 pour les moteurs non suralimentés et 750 cm3 pour les autres. Nécessairement, on observera une perte importante de puissance, environ 200 cv en 1952 et 1953. Nouveau changement de cylindrée en 1954 puisque les constructeurs peuvent utiliser des moteurs allant jusqu’à 2500 cm3 (pas de modifications par les moteurs avec compresseur).

En fin des années 50′, le reglement oblige les voitures à ne rouleur qu’à l’essence et non à l’alcool voir au nitromethanol (carburant utilisé de nos jours sur les voitures radiocommandées miniatures).

A la fin des années 50′, une Formule 1 developpait environ 290 cv.

La catégorie, qui n’organisait d’ailleurs qu’un championnat pilote dans les premières années, a donc modulé régulièrement le règlement technique en recherche d’une plus grande stabilité qu’ils obtiendront dès les années 60′.

Stabilité du règlement

Dès 1961, les moteurs équipés de compresseurs sont interdit. La cylindrée des blocs doit être comprise entre 1300 et 1500 cm3. Toutes la première partie des années 60 verra se battre différentes architectures V6 ou V8 qui développeront entre 190 et 230 cv. Puis en 1966 les moteurs a compresseurs de 1500 cm3 sont de nouveau autorisés. Les moteurs atmosphériques passent eux à 3000 cm3 et on voit naître l’un des meilleurs moteur de Formule 1 de tout les temps.

Climax V8 1500 cm3 utilisé entre 1961 et 1965

L’union parfaite Ford – Cosworth

En 1967, le motoriste anglais Cosworth financé par le groupe industriel Ford introduit le mythique V8 Ford Cosworth DFV. DFV pour Double Four Valve, c’est à dire à double arbre à cames et 4 soupapes par cylindre.

Dès 1968, ce moteur va écraser toute la concurrence et ce jusqu’en 1982. Le succès s’explique particulièrement par un design relativement simple par rapport aux monstrueux V12 Ferrari de l’époque, plus léger et plus fiable que les moteurs Honda. Preuve de l’exceptionnelle réussite de cette motorisation, elle ne subira qu’une seule et unique évolution en plus de 15 ans de service et ne manquera que 3 couronnes en 1975, 1977 et 1979.

Le mythique Ford Cosworth V8 DFV 475cv fin des années 70′

Niveau puissance, le moteur avait une puissance estimée entre 430 et 480 cv quand le plus gros concurrent Ferrari affichait environ 500 cv avec sa géométrie 12 cylindres. Preuve que la puissance n’était déjà plus à l’époque le seul atout nécessaire à la victoire.

Les moteurs turbo

Fin des années 70, début des années 80, les motoristes se remettent à travailler sur les moteurs suralimentés et utilisent les premiers turbos introduits par Renault dès 1977. C’est finalement BMW qui mettra un terme à la domination Cosworth en remportent le titre en 1983. La technologie turbo lance les constructeurs vers une course à la puissance dangereuse et effrénée. On estime la puissance en course aux alentours des 900 cv et plus de 1000 cv en qualification. On parle même de 1400/1500 cv pour BMW. Cette valeur est contestable car n’a pas été validée par le constructeurs mais de l’avis des pilotes de la génération turbo, il n’existait aucun équivalent en terme de puissance. De l’avis du concepteur, la valeur annoncée semblait réaliste également.

Moteur BMW M12/13 4 cylindres en ligne turbo de 1983

Pour limiter l’escale, la FIA limitera dans un premier temps la pression des turbo à 4 bars ainsi que la taille des réservoirs puis une nouvelle fois à 2.5 bars en 1988 avant d’interdire les moteurs turbo en 1989 devenu trop dangereux.

L’ère des V10 (❤️)

En 1989, seuls les conceptions atmosphériques de 3500 cm3 sont autorisés. La perte de puissance recherchée par la FIA n’aura qu’un temps puisque les blocs vont frôler à nouveau les 800 cv. Vont se suivre en tête de championnat les motoristes Honda en 1990 et 1991 puis Renault en 1992, 1993, 1995, 1996 et 1997 et enfin Mercedes en 1998 et 1999.

Moteur Honda RA121E V12 de 1991

Il faut noté une réduction de la cylindrée en 1994 à 3000 cm3. La décennie 90′ sera marquée quasi exclusivement par des motorisations V10. La dernière victoire d’un moteur V12 date de 1991. Pendant les années 90′, la performance des blocs est estimée entre 730 et 800 cv.

Ferrari Tipo 049 V10 3L de la F2000

La FIA va rendre obligatoire le moteur V10 de 3000 cm3 en 2001. Désormais les cylindrées seront jusqu’à nos jours imposées par le règlement technique de la F1. La technologie V10 va voir naître l’une des plus grande domination de ce sport et les cinq derniers titres de la légende Michael Schumacher. Ferrari va gagner de 2000 à 2004 avec des moteurs qui passeront de 800 cv à plus de 920.

Ferrari Tipo 051 V10 3L de la F2003 en 2003 développant environ 925 cv.

Réduction des coûts – V8

La F1 introduit de nouvelles règles afin d’entreprendre une réduction des coûts et l’impact du support sur la planète. En 2006, les V10 de 3L sont remplacés par des V8 de 2.4L. Renault remporte les titres 2005 en V10 et 2006 en V8 avant de prendre un peu de recul pour devenir de 2010 à 2013 le motoriste de Red Bull pour une nouvelle période de domination dans le monde terrible de la F1.

Premier bloc V8 2.4L de Renault, titré en 2006 (environ 740 cv)

La puissance est estimée entre 750 et 800 cv. On notera en 2009 l’apparition du KERS, première étape avant l’apparition en 2014 de la technologie hybride.

Le moteur victorieux avec Red Bull avant le passage aux V6 – Renault RS27-2013 fournissant 780 cv.

L’hybridation – V6 Hybrid

En 2014, apparaît un nouveau changement majeur de la réglementation. Elle impose l’utilisation d’un moteur 1.6L (de 1600 cm3 donc) turbo couplé à de nouveaux systèmes de récupération et de restitution d’énergie électrique. On parle désormais d’unités de puissance composées de 6 éléments de base dont l’utilisation est soumise à des quotas chaque saison : un moteur à combustion interne V6 d’environ 850 cv fin 2019, une unité de stockage d’énergie (batterie standardisée par la FIA), une unité de contrôle, un turbocompresseur, un MGU-H (récupération et déploiement d’énergie liée à l’inertie du turbo) et un MGU-K (de 160 cv lié à l’inertie du train arrière). La complexité est telle que nous en reparlerons dans un billet plus détaillé. La puissance des unités était en 2014 d’environ 850 chevaux et dépasse désormais les 1000 cv.

Mercedes PU106C V6 de 1.6L engagé en 2016. Puissance cumulée : 860 cv en course.

Cette technologie parfaitement maîtrisée par Mercedes va donner lieu à 6 titres consécutifs pilotes et constructeurs à l’écurie allemande. Cette longue série de victoires est directement lié à l’avantage technologique acquis entre 2014 et 2017 avec une année record en 2016 (20 pôles et 19 victoires en 21 épreuves). La différence de puissance avec les autres constructeurs était telle que l’on parlait de « party mode » pour désigner la cartographie moteur en qualification des Mercedes.

Aujourd’hui le constat est différent puisque les spécialistes estiment le classement suivant en terme de puissance : Ferrari > Mercedes > Renault > Honda. Cette convergence de performance étant logique après des années de stabilité réglementaire.

Image volée d’un Mercedes M10 EQ Power+ de la saison 2019, puissance totale 970 cv en course, et environ 1020 cv en qualification.

Fin 2019, on retrouve au palmarès des motoristes les plus victorieux :

  1. Ferrari – 239 victoires – 24% des courses
  2. Mercedes – 188 victoires – 39% des courses
  3. Ford Cosworth – 176 victoires – 31% des courses
  4. Renault – 166 victoires – 26% des courses
  5. Honda – 75 victoires – 27% des courses

La hiérarchie puissance moteur / nombre de victoires est à nouveau respectée ! Sont en gras les motoristes toujours en activité.

Les moteurs de demain en F1

Et demain ? À court terme, il est déjà annoncé de continuer jusqu’en 2025 avec la technologie actuelle. Reste à voir vers quoi peut s’orienter la F1 après ?

Les avis sont partagés dans le milieu et c’est vrai que ce n’est pas facile d’y voir clair. Va t’on poursuivre le développement vers des véhicules électriques. Je n’y crois pas. Allons nous revenir aux moteurs qui faisait vibrer le cœur (et les oreilles) des fans (V10 ou V12)? Certainement pas. Mais pourquoi pas un nouvelle technologie à hydrogène et pile à combustible ? Pourquoi ne pas optimiser les technologies aux gaz (moins polluante que le pétrole)?

La Formule 1 n’a pas vocation pour moi à être la vitrine technologique des véhicules de demain. D’ici 30 ans nous roulerons sans doute à l’électrique et c’est bien ce que l’on prouve déjà en Formule E.