Les courses de monoplaces à roues découvertes ont toujours été un monument de l'innovation technologique, dont de nombreuses caractéristiques ont fini par se frayer un chemin chez les véhicules grand public.
Pourtant, de temps en temps, le processus s'inverse. Les nouvelles technologies font leur entrée dans la sphère commerciale pour se retrouver dans le secteur de la course automobile. Ce processus inversé s'illustre actuellement avec la nouvelle série de voitures de course Formule E, qui est la première à utiliser des véhicules entièrement électriques dans un Grand Prix.
Figure 1 : la Formule E DS Virgin Racing (source : DS Virgin Racing)
Dans cette saison inaugurale 2015, onze courses, ou « ePrix », ont traversé les principales villes du monde et dix équipes se sont affrontées dont DS Virgin Racing, partenaire d'Arrow Electronics. Pour démarrer en douceur, toutes les équipes ont utilisé le même modèle de voiture, la Spark-Renault SRT-01E, et n'ont pas pu y apporter de modifications.
Lors de la saison 2, de grands changements ont eu lieu concernant la Formule E. Elle est devenue une catégorie ouverte et les réglementations évoluent chaque année pour laisser une plus grande place à l'innovation. L'objectif est d'encourager les nouveaux développements technologiques des véhicules électriques qui feront ensuite leur entrée dans le secteur commercial.
Cette année, les fabricants homologués ont pu développer leurs propres groupes motopropulseurs (moteurs, onduleurs et boîtes de vitesses), et la puissance autorisée les jours de course est passée de 150 kW à 170 kW. Les équipes ont pu adopter un nouveau groupe motopropulseur ou conserver celui de la saison 1 en version actualisée.
Lors des futures saisons, les réglementations s'ouvriront encore davantage, pour permettre aux fabricants de changer la technologie de batterie s'ils le souhaitent.
La Formule E
Figure 2 : la voiture de course Formule E (source : MMDI)
Comme illustrée dans la figure 2, une Formule E ressemble en apparence beaucoup à la Formule 1 et aux autres catégories de voitures de course traditionnelles, mais elle possède toutefois quelques différences importantes.
Le châssis (1) vient de l'entreprise française Spark Racing Technology, qui a fabriqué 42 voitures identiques pour la saison 1. McLaren Applied Technology a fourni le groupe motopropulseur (2) et l'électronique pour la saison 1 avec une intégration des systèmes (3) par Renault, mais la saison 2 verra l'arrivée de nouvelles unités provenant de 8 fabricants différents ; le moteur, l'onduleur, la boîte de vitesses et le système de refroidissement peuvent tous changer.
La batterie (4) vient de chez Williams Advanced Engineering et fournit une puissance maximale de 200 kW. La firme italienne Dallara fabrique le châssis monocoque (5), qui subit les mêmes crash-tests FIA que la Formule 1. En revanche, contrairement à la Formule 1, la Formule E possède des pneumatiques uniques (6), de Michelin, qui doivent être utilisés par temps humide ou sec.
Présentation du groupe motopropulseur
La plus grosse différence entre la Formule E et les autres voitures de course réside, bien entendu, dans le groupe motopropulseur.
Une Formule 1 de 2015 utilise un moteur V6 1,6 litres avec turbocompresseur simple jusqu'à 15 000 tr/min, délivre environ 600 chevaux et consomme aux alentours de 56 l/100 km. À l'inverse, la Formule E utilise un moteur électrique synchrone qui tourne jusqu'à 17 000 tr/min et délivre jusqu'à 270 chevaux ; pour un poids ridicule de 26 kg.
Avec deux fois moins de puissance, la Formule E n'est pas à la hauteur de la Formule 1 niveau performances, mais elle peut atteindre 100 km/h en 3 secondes et une vitesse maximum de 225 km/h.
Comment fabriquer un groupe motopropulseur électrique taillé pour la course ? La figure 3 montre une présentation du système de la Formule E utilisée dans la saison 1.
Figure 3 : le groupe motopropulseur de la Formule E (source : Sporting Savvy)
Le pack batterie (1), de Williams Advanced Engineering, consiste en plus de 150 cellules lithium-ion-polymère génériques avec boîtier en composite de fibre de carbone. L'unité complète pèse 320 kg, une part importante du poids minimum autorisé (voiture plus pilote) de 896 kg ; la conception s'appuie sur l'expérience de Williams en matière de système de récupération de l'énergie cinétique (KERS) de Formule 1.
L'assemblage de la batterie est une composante structurelle du véhicule, et doit donc résister aux tensions et forces élevées causées par l'interaction de la voiture avec la piste. Bien que les batteries possèdent une puissance maximale de 200 kW, pendant une course elles atteignent leur puissance de sortie moyenne pendant 25 minutes maximum, après quoi les pilotes changent de voiture. Lors de la saison 1, il n'y a eu qu'une seule défaillance de batterie lors des 440 départs de course. Cet exploit impressionnant a valu à Williams de se voir décerner la prestigieuse médaille Simms par le Royal Automobile Club.
La production de chaleur est toujours un problème avec l'électronique de puissance, et la gestion thermique est l'un des défis les plus importants en matière de conception. Les véhicules Formule E utilisent un système de refroidissement liquide (2). Le liquide de refroidissement circule à travers deux radiateurs, un dans chaque aération latérale. Un système de tuyaux achemine le liquide de refroidissement diélectrique non conducteur à travers chaque partie de la batterie et de l'électronique.
L'entreprise McLaren a créé le moteur (3) et l'onduleur 800 V (5) pour sa supercar hybride P1 et l'a adapté pour une utilisation sur Formule E. Sa puissance de sortie maximale de 200 kW (268 hp) est réservée à l'entraînement et aux qualifications ; pendant la course, les réglementations limitent la puissance à 133 kW (178 chevaux). Un nombre limité de réserve de puissance « Push-to-pass » ajoute 67 kW (90 chevaux) supplémentaires, le cas échéant. Le moteur agit comme un générateur lors du freinage, en rechargeant la batterie et en aidant à ralentir le véhicule.
La boîte de vitesses Hewland (4) est vissée à l'arrière du moteur et offre cinq vitesses plus la marche arrière.
Comment ce moteur se situe par rapport à celui d'une voiture électrique standard ? Et bien, le moteur d'une Formule E délivre une puissance de 200 kW pour un poids de 26 kg et une densité de puissance de 7,7 kW/kg. À l'inverse, le moteur d'une Nissan Leaf électrique pèse 58 kg et délivre une puissance de 80 kW (110 chevaux) pour une densité de puissance d'1,4 kW/kg.
Ce groupe motopropulseur était obligatoire sur toutes les voitures lors de la saison 1, mais pour la saison 2, DS Virgin Racing utilise son Virgin DSV-1, un nouveau groupe motopropulseur développé par Citroën, propriétaire de la marque DS, conjointement avec Spark Racing Technology.
La vision de la Formule E
La FIA, l'autorité de contrôle de la Formule E, envisage d'utiliser les sports mécaniques pour promouvoir le secteur de la voiture électrique et encourager le développement technologique, et a des projets ambitieux pour la catégorie au cours des prochaines saisons.
Lors de la saison 2, nous avons constaté de nouveaux développements en matière de groupe motopropulseur. Pour la saison 3, les réglementations conserveront le même châssis mais autoriseront différentes batteries. Le gros changement arrivera dans la saison 5 avec seulement une seule voiture autorisée par course.
Certains changements non techniques sont controversés. Afin d'encourager la sensibilisation et l'implication, un Fan Boost, inédit lors de la saison 2, octroie un surplus de puissance de 40 chevaux pendant cinq secondes à trois pilotes sélectionnés par les fans. Le vote peut se dérouler avant la course et pendant les six premières minutes ; il est possible qu'il étendu à toute la durée de la course dans les années à venir.
La Formule E a des ambitions plus grandes que la course automobile et les voitures électriques : elle veut être le « véhicule » du changement.
Le site Web de la Formule E contient une partie sur la durabilité avec des parties consacrées aux politiques environnementales, des astuces pour adopter un mode de vie écorespectueux, l'initiative mondiale RE100, etc. Elle compte aussi des partenaires comme ONE DROP, qui travaille pour fournir un accès durable à l'eau aux pays sous-développés.
Ce sont des objectifs valables et Arrow Electronics est fier d'être associé à la Formule E. Suivez-nous pour continuer à utiliser notre expertise dans les composants électroniques automobiles afin de soutenir DS Virgin Racing dans ses efforts passionnants.