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KERS, KERSako ? Kinetic Energy Recovery Systems, en Français le système de récupération, de stockage et de restitution d’énergie dont se doteront les Formule 1 en 2009. Lorsque la F1 redevient une vitrine technologique…
McLaren avait été la pionnière en la matière, au début du 3è millénaire : l’écurie de Woking avait investi dans l’élaboration d’un concept innovant en Formule 1, la récupération d’énergie et sa restitution dans les phases d’accélération avec pour finalité un accroissement de puissance. En Janvier 2002, Adrian Newey (qui était alors le directeur technique de l’écurie) avouait au magazine F1 Racing que l’abandon d’un système avait fortement perturbé et contrarié McLaren Mercedes. « Celui du stockage d’énergie, c’est certain. L’idée était simple : il s’agissait de récupérer l’énergie libérée lors du freinage grâce à un système de pompe hydraulique reliée à une centrale de gaz, et la réutiliser en phase d’accélération pour obtenir plus de puissance. Le concept n’est pas nouveau : il est utilisé notamment par le métro de Montréal. Il était au point lorsque la FIA l’a déclaré illégal. »
Pourquoi la FIA avait estimé l’avancée technique illégale à l’époque ? « La FIA ne veut pas qu’une équipe soit outrageusement dominatrice. Je comprends son raisonnement mais je ne peux toujours pas l’admettre. »
La FIA avait coupé les ailes de McLaren Mercedes, mais la tendance est aujourd’hui à la préservation de la planète des nuisances de toute sorte, et principalement celles émises par l’automobile. La récupération et la restitution de l’énergie refait donc surface avec la bénédiction de la FIA. Le concept du KERS est de récupérer une partie de l'énergie cinétique dissipée au freinage (particulièrement efficace en F1 avec les freins en carbone), de la stocker (techniquement l’aspect le plus complexe pour une intégration de moindre encombrement et avec une prise de poids minimale) et de la restituer à l’accélération.
Le projet est d’autant plus séduisant pour les constructeurs automobiles que les données de la R&D de la F1 pourraient servir de base de travail pour un transfert de technologie vers les automobiles de série. « La F1 doit être pertinente. L’industrie automobile doit relever un sérieux défi et améliorer l’efficacité de ses voiture tout en réduisant l’émission de CO2 » explique Burkhard Göschel, président de la Commission regroupant les constructeurs de Formule 1, le GPMA (Grand Prix Manufacturer Association), et membre du bureau directeur de BMW. « Avec l’évolution vers des voitures hybrides et électriques, le stockage de l’énergie est à l’heure actuelle le développement le plus important dans l’industrie automobile. La F1, avec l’introduction du KERS et les systèmes de récupération de chaleur, est donc un leader. Augmenter le régime de rotation du moteur de 19.000 à 20.000 tours/min n’est pas pertinent pour l’industrie automobile, le KERS et la récupération de chaleur le sont. »
« Lorsque l’on pense à l’environnement, la F1 peut être un vecteur très puissant pour faire passer un message. Si les gens voient que la F1 devient verte et s’ils voient que le KERS est un summum technologique et sexy, leur attitude changera » renchérit Tony Purnell, ancien directeur de Jaguar Racing et consultant technique auprès de la FIA depuis Décembre 2006.
La FIA a calculé qu’une restitution de 400kJ (kilojoules) par tour mettrait 80cv supplémentaires à disposition du pilote sur une durée de 6,7 secondes. Comparé au système d’accumulateur électrique, le KERS permet d’utiliser un système plus compact, plus efficace, plus léger et qui respecte l’environnement. Le gain en temps au tour devrait être d’une poignée de dixièmes de seconde. Plusieurs pistes sont explorées à l’heure actuelle, dont celle développées par Flybrid Systems (entreprise d’ingénierie spécialisée dans les véhicules hybrides) en collaboration avec Xtrac (concepteur de boîte de vitesses, qui possède plusieurs écuries F1 pour clients) et Torotrak (spécialiste du variateur toroïdal). Le système met en œuvre un volant d’inertie couplé à un variateur installé sur la boîte de vitesse ; l’énergie est alors directement restituée à la transmission sans interruption (système CVT dit de transmission à variation continue). Basée à Silverstone, Flybrid et ses partenaires techniques ont passé un accord avec une écurie de Formule 1, mais tient à préserver l'anonymat sur l'identité de cette écurie. Elle n'est pas Williams, Ferrari, Super Aguri, McLaren, Toyota ni Toro Rosso.
Le système n’est pas nouveau mais il posait jusqu’à récemment des problèmes d’encombrement et de poids pour une adaptation efficace aux monoplaces de Formule 1, dont les designers traquent la moindre surcharge pondérale. En outre, le système générait des forces gyroscopiques non négligeables (jusqu’à 130NM). Flybrid a développé un volant plus léger et plus compact, dont la vitesse de rotation n’excède pas un seuil défini par les contraintes physiques, mais qui n’est pas inférieure à 60.000 tours/min. Avec le développement de ce concept, la F1 redevient la vitrine technologique qu’elle avait cessé d’être. Les brevets concernant les KERS sont légions.
« Nous approuvons la direction prise par les autorités concernant les futures réglementations et sommes certains que les cibles définies peuvent être atteintes » explique Jon Hilton, directeur du management de Flybrid Systems, « Le système que nous développons à l’heure actuel sera en accord avec les impératifs imposés à l’horizon 2011 et nous sommes sûrs que le projet pourra être concrétisé sans augmentation globale de la masse du véhicule. »
Le poids total des KERS (volant d’inertie plus variateur) atteint 20 à 25kg. Une masse qu’une F1 peut intégrer avec harmonie si elle est située suffisamment bas dans le châssis pour ne pas perturber le centre de gravité de la monoplace – et donc son équilibre général. « Le variateur pèse moins de 5kg et possède un haut niveau de rendement mécanique, ce qui permet à la masse globale du KERS d'être réduite » explique Chris Greenwood, directeur technique chez Torotrak. « Ce rendement mécanique, combiné à l’aptitude du variateur de changer de rapport en un éclair permet d’optimiser les performances du volant d’inertie. »
« L’efficacité mécanique, la compacité et la masse du variateur sont critiques car ils influencent directement la taille et l’intégration d’un tel système dans une F1 » reconnaît Adrian Moore, directeur technique chez Xtrac.
La masse du KERS peut en outre être en partie compensée par l’autonomie de la monoplace. Les simulations de Flybrid Systems font en effet apparaître une économie pouvant aller jusqu’à 65% de carburant sur certains types de véhicules. Les applications du KERS en F1 sont non seulement technologiques et ‘vertes’ mais pourraient également participer au spectacle : l’énergie stockée peut en effet être restituée à la demande, principalement en sortie de virage lent, dans les phases d’accélération mais aussi lors de manœuvres de dépassement – une sorte de push to pass interne et autoalimenté.
La réglementation technique, qui en est à son balbutiement en 2009 et qui se nourrira des résultats du terrain, est appelée à évoluer. Au KERS viendra sans aucun doute se greffer un système de récupération de la chaleur dissipée par une F1, notamment au niveau des échappements qui évacuent 30% de l’énergie potentielle. La totalité des constructeurs automobiles, et plus particulièrement ceux impliqués en Formule 1 se sont lancés dans une course à l’échalote. Celui qui maîtrise le mieux et le plus rapidement une nouvelle réglementation ou un nouveau concept s’est de tout temps ménagé une avance technologique qui se traduit directement par les résultats en piste. « La taille, le couple et la réponse de l’unité sont cruciaux pour tirer pleinement avantage d’un KERS exploitant un volant d’inertie » prévient Adrian Moore.
Williams ne possédant pas de la puissance d’un constructeur automobile, le dernier véritable indépendant du plateau se devait de s’associer à une entreprise spécialisée dans le KERS pour bien négocier le virage technologique 2009 (un virage à 180° avec le KERS mais aussi les coupes claires effectuées dans l’aérodynamique des monoplaces et le retour aux pneus slicks). C’est chose faite avec une entrée de Williams dans le capital d’Automotive Hybrid Power Limited (AHP) qui conçoit des systèmes de récupération d’énergie. AHP a été relocalisée de Norwich aux environs des quartiers généraux de Williams, près d’Oxford, et rebaptisée Williams Hybrid Power Limited.
A l’instar de ses concurrents, Williams explore actuellement plusieurs pistes de récupération d’énergie, dont une centrée autour d’un volant d’inertie qui aurait un régime de rotation de 100.000 tours/min.
« Nous soutenons l’initiative de la FIA au sujet des systèmes de récupération d’énergie dont nous espérons qu’ils aideront la F1 à contribuer au développement d’un bénéfice pour l’environnement qui pourrait aider à réduire les émissions de carbone par les véhicules » explique Patrick Head, partenaire historique de Sir Frank Williams, dont l’entreprise ne cache pas ses visées sur des retombées plus larges. « Nous avons commencé à développer notre propre technologie de volant dans le but de l’adapter à divers véhicules » avoue Ian Foley, directeur de Williams Hybrid Power, « Nous nous servirons de cette technologie et du programme de développement de la F1 pour accélérer celui du concept et le transférer sur le marché. »
Hilton et greenwood les deux ingés ont gagnés avec renault les titres 2005 et 2006, etant ex ingenieur mecaniques chez renault, ont quitté l'equipe apres la regule de gel moteurs pour monter leur nouvelle boite, mais avec l'aide de qui? qui est cette mystérieuse équipe de f1 qui veut rester anonyme?